基于大連疏港東橋的鋼筋混凝土橋梁上部結構病害分析

畢琛

摘? ? 要：大連疏港東橋完工于1995年，橋梁設計荷載為汽-超20級，至對其采取評定、加固時已經運營超過17年。根據實際使用的情況，橋梁整體病害情況嚴重，結構出現了多處破損、裂紋和外表材料的脫落，影響了其使用功能。又由于該橋建成時間較早，設計規范早已進行了更新，從安全和適用性兩方面考慮，急需進行狀態評估，便于后續對橋梁進行維修加固。

關鍵詞：鋼筋混凝土梁橋;裂縫

1? 橋梁概況

大連疏港東橋全橋由主線、支I線、支II線三條路線組成，均為鋼筋混凝土簡支梁和連續梁，全長約3.2km。其中，主線和支II線均設計為雙向4車道，橋面寬度17.5m;支I線采用單向2車道的分離式橋面設計，單幅橋寬8.5m。

上部結構以現澆形式混凝土箱形梁為主，主線橋的其中130m采用混凝土小箱梁的形式。全橋基本采用普通鋼筋混凝土結構，只有極少數橋梁施加了預應力以滿足承載能力的要求。上部結構混凝土材料為C30。

2? 上部結構

鋼筋混凝土橋梁的上部結構使其主要承載部分，由于其直接承受汽車荷載的作用，一旦發生病害對橋梁整體使用性能的影響最為直接，減少橋梁的使用壽命。梁式橋的上部結構分為主梁和支座系統，其病害分析敘述如下。

2.1? 上部結構混凝土

混凝土作為一種耐久性材料，在中小橋被廣泛采用。在周圍環境的影響下，材料內部細觀構造會發生破壞;混凝土受各種物理和化學變化，會發生各種結構變化，從而產生混凝土病害，嚴重的會產生安全事故，帶來人員財產損失。混凝土病害主要分成兩種情況，一種情況是表面缺陷，包括蜂窩、麻面、外表開裂、爛根、鋼筋露出、空洞、水紋、接縫不平等;另一種情況是裂縫，包括外力荷載引起的裂縫和非外力荷載引起的裂縫。對不同混凝土病害進行分析如下：

（1）蜂窩麻面。橋梁產生蜂窩麻面是以下原因造成的：

①設計原因。設計結構的時候配筋太密，沒有給振搗留足空間，導致振搗不均，產生蜂窩。

②施工原因。施工時模板松動、位置不當引起蜂窩麻面或者形成密集氣泡而形成的蜂窩麻面;混凝土施工時缺少充分的振搗。

（2）表面裂紋。在施工后，橋梁表面出現細小的裂紋，通常不連續，長度比較小（30cm內），寬度則小于0.2mm。表面裂紋的產生可能和混凝土硬化時，內外溫度不均，導致出現表面裂紋。

（3）露筋。露筋即鋼筋混凝土內鋼筋直接裸露在外。發生這種狀況的原因有鋼筋位置不當，沒有采用合理的鋼筋保護措施，導致鋼筋和模板有接觸;施工時鋼筋綁扎不牢固，導致澆筑混凝土時鋼筋位置改變，從而露筋;發生漏振，或是振搗沒有達到規范要求，導致出現蜂窩，從而露筋。

（4）空洞。空洞指混凝土內部空洞現象。發生這種狀況的原因：鋼筋布置過密，混凝土未進行振搗，卡住產生空洞;施工時一次下料過多，過厚或者過高，導致振搗不均或者振搗不到，從而產生空洞。

（5）接縫不平。施工中荷載作用導致的接縫不平。

（6）外力荷載引起的裂縫。由外荷載引起的裂縫，被稱之為結構性裂縫[28]，裂縫的大小與外力荷載大小相關。對于外力荷載引起的裂縫一般分為彎曲裂縫和剪切裂縫。

①彎曲裂縫。彎曲裂縫是受到彎矩而產生的裂縫，一般產生在拉應力過大的地方。對于簡支梁、連續梁，跨中下緣受到的彎矩最大，裂縫從下緣底端往上發展。在連續梁支座附近，梁的上緣會產生裂縫，裂縫從上緣頂端往下發展。②剪切裂縫。剪切裂縫是指受到剪力或者彎矩和剪力組合下而產生的裂縫。對于簡支梁、連續梁，剪力較大的地方是支點地方，產生裂縫方向是梁下緣與梁軸線30°～50°的方向。在彎矩和剪力組合下受力最大的地方也容易產生裂縫，裂縫角度是梁下緣與梁軸線30°～50°位置，以跨中為對稱。

（7）非外力荷載引起的裂縫。非外力荷載引起的裂縫又叫非結構裂縫，由于混凝土自身原因或者非外力荷載變形而引起的裂縫，其分類及產生原因如下。

①收縮裂縫。混凝土收縮形成的開裂一般發生在構件的外表，沿著梁、板的長邊方向發展。這種裂縫一般在配筋多的地方產生或者含泥量大的時候產生，含泥量大的時候混凝土產生堿骨料反應。②溫度裂縫。溫度裂縫一般由于混凝土產生的內外溫度差而導致混凝土變形而產生的裂縫。澆筑混凝土而產生的水泥水化放熱，大氣及周圍溫度，陽光直射都會使混凝土產生內外溫度差，出現冷熱變化時，即出現溫度應力，導致構件發生收縮或者膨脹，溫度應力大于混凝土強度時，即產生溫度裂縫。③地基變形產生的裂縫。由于地基發生不均勻沉降或者水平位移，從而使構件產生附加應力，附加應力大于混凝土的拉力時，產生裂縫。地基變形主要原因有：勘查精度不夠，沒有充分了解構件地基基礎的詳細資料，就開始進行設計和施工，導致基礎變形的主要原因;結構荷載差異較大;地基地質條件差異大;地基凍脹產生的原因;施工不當引起的裂縫。

2.2? 主梁結構

主梁是橋梁的主要受力構件，主梁發生病害會影響橋梁的使用性能和壽命。一般主梁的病害有裂縫、撓度過大、腐蝕破壞、斜橋發生橫向錯位等。

（1）主梁裂縫。主梁裂縫主要產生于跨中、支座附近位置的梁側或梁底。裂縫產生的原因各不相同，其中跨中、支座附近兩側為結構性裂縫，梁側及梁底為非結構性裂縫。跨中裂縫一般是跨中受彎或混凝土材料收縮形成，梁側裂縫是施工時分層澆筑時，澆筑間隔時間太長產生的裂縫，梁底的裂縫一般是保護層不夠或者是摻入速凝劑過多導致的。

混凝土箱梁的主要裂縫形式有底板裂縫，腹板裂縫，頂板裂縫等。底板出現橫向裂縫，說明彎矩應力超過了混凝土抗拉限值，形成原因是收縮徐變等造成的損失和超載車輛的作用。底板出現縱向裂縫，多發生于跨中部位，跨度越大，裂縫越多。主要原因是梁體撓曲或者混凝土收縮。腹板上的豎向裂縫，多發生在腹板，跨度越大，裂縫越長越寬。可能產生原因是設計不當，跨度較大，梁身過高，腹板過薄和分布鋼筋不足等。梁體施工質量不良、養護不當、溫度環境等因素也會引起裂縫。頂板縱向裂縫，在車輪作用下，頂板產生橫向彎曲應力，當橫向配筋不足時，形成縱向開裂。

（2）主梁撓度過大。上部結構主梁撓度過大的原因分析如下。①混凝土收縮和徐變。收縮和徐變是混凝土本身所固有的特性。混凝土徐變是可以持續長時間，一般在5～20年達到巔峰，但大部分在1～2年完成。但仍有在8～10年還有增長趨勢，個別橋梁在16～20年徐變仍有增加。②荷載增加。荷載增加是一次性的，它會引起主梁撓度增大，但不會持續增大。③主梁剛度發生變化。橋梁結構形成，主梁的剛度不變，引起主梁剛度發生改變應該是截面發生變化，像主梁結構斷面開裂，則會使主梁剛度變小。

（3）腐蝕破壞。鋼筋混凝土橋梁暴露于自然情況下，受地理環境影響，加上其本身材料的性質，發生化學作用就會發生腐蝕。

3? 小結

通過對大連疏港東橋的上部結構的總結了鋼筋混凝土連續梁的病害，并分析了產生病害的原因。一座橋梁的病害是不同因素綜合作用相互耦合呈現的結果，且各部位之間的病害會相互影響，導致橋梁整體狀況惡化。在設計、施工時，要注意各個構件按照規范嚴格執行，保證設計和施工質量，在運營階段，要對其進行良好的維護，及時發現問題，盡早修理，增加其使用壽命。

參考文獻：

[1] 聞寶聯，涂光備，劉凱立等.鋼筋混凝土橋梁病害調查及維護研究[J].橋梁建設，2004（1）.

[2] 彭燦.在役橋梁可靠性評估及加固經濟性分析[D].大連：大連理工大學，2018.