基于橋梁健康監測的T梁裂縫問題研究與措施

呂平

摘 ?要：通過安裝于公路橋梁上的傳感器以及長期檢測數據發現，北京市773座立交橋及跨河橋中大部分T梁橋產生裂縫、滲水銹蝕以及混凝土剝落的現象。進一步研究發現其主要原因以震動、沉降導致的混凝土材料強度、耐久性降低及由此產生的化學侵蝕為主。針對上述問題，文章在維修過程中總結了基于新材料應用與體外加固相結合的橋梁維修措施，包括應用活性粉末混凝土、植入粘結型錨栓、錨固鋼板或碳纖維材料、頂推等方法。以上方法在實驗室內通過逐項實驗驗證，且在第二年度的橋梁檢測過程中均成功應用于合適的梁體受損位置，效果良好，可供日后橋梁或其他結構的加固和維修過程中參考。

關鍵詞：T梁;裂縫;化學腐蝕;混凝土;加固

中圖分類號：TU528 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0110-03

Abstract： Through the sensor installed on 773 highway bridges and the long-term test data， it is found that most of the T-shape beam bridges in Beijing highway bridge and river crossing bridge have the diseases about cracks， water seepage corrosion and concrete peeling off. Further research shows that the main reasons are the decrease of strength and durability of concrete materials caused by vibration and settlement， and the chemical erosion. In view of the above problems， this paper summarizes the bridge maintenance measures based on the combination of the application of new materials and external reinforcement in the process of maintenance， including the application of reactive powder concrete， the implantation of bonded anchor bolts， anchoring steel plates or carbon fiber materials and incremental launching construction method. The above methods have been verified by experiments one by one in the laboratory， and have been successfully applied to the appropriate damaged position of the beam in the second year of the bridge detection process， with good results， which can be used for reference in the reinforcement and maintenance of the bridge or other structures in the future.

Keywords： Main beam; crack; chemical corrosion; concrete; reinforcemen

1 概述

隨著混凝土橋梁在城市道路中的建設，混凝土的安全性與耐久性雖然已經形成了較為成熟的理論體系，但是由于一些橋梁的建設時間處于上世紀，在長期運營過程中荷載、震動以及沉降等情況所引起的混凝土表面裂縫及內部鋼筋銹蝕，導致混凝土構造發生變化[1-2]。因而當下橋梁安全評定成為解決舊橋安全性能問題的必要措施，T梁則是舊橋的主要結構形式，值得重點關注。

2 北京市環路橋梁健康概況

根據北京市中心城區773座城市橋梁安全評定結果，按照設施等級及運行年限進行分析，對比BCI評價情況、病害分布情況見表1、2。

上部結構即以T梁為病害主要位置、運營年限在21-30年的橋梁，成為了本次橋梁安全評定的主要對象。進一步研究發現，三環路的主梁病害最高，問題嚴重。各路段T梁損傷率見表3。

3 主要病害及其原因

以環路中的三環路為例，三環路始建于上世紀80年代初期，全長48.265公里，共建有44座立交橋，跨河橋9座，是北京市城區的一條環形城市快速路。隨著在役時間的增長，以T梁損傷率最高的三環路分析。

3.1 振動影響

以三環路建成使用時間較長的東鐵營橋為例，隨著在役時間與交通量的增大，荷載及其產生的振動對于橋梁結構產生較大影響[3]。對于該橋，通過測定試件的基振頻率來對損傷進行檢測，發現基振頻率隨加載度的增大而呈指數型衰減，說明混凝土在損傷后的耐久性降低，此后隨著氣候變化，干濕循環次數的增加，基振頻率先增長后下降。這是由于荷載的增大，對梁體內部產生的損害也在加大，產生微裂紋，在檢測過程中需采用超聲波檢測，見圖1。微裂紋等損傷的增多也給SO侵入以及Cl-的滲透提供了更多的機會，因此產生更多的結晶鹽物質，這就導致基振頻率增長后下降。隨著時間的延長，振動影響對于T梁結構不僅在于混凝土基振頻率的改變，更在于滲水侵蝕甚至混凝土剝落等后果。