淺談市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫分析及加固技術(shù)處理.docx

淺談市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫分析及加固技術(shù)處理市政橋梁裂縫產(chǎn)生的原因復雜、種類繁多，如果不對裂縫進行系統(tǒng)全面的分析和研究，就很難揭示出市政橋梁病害產(chǎn)生的內(nèi)涵和機理。因此，市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫分析及加固技術(shù)處理不僅闡明了裂縫形成機理、裂縫危害性評定等問題，還直接為今后市政橋梁病害的綜合治理提供技術(shù)前提和決策依據(jù)，這正是市政橋梁裂縫分析和研究的目的。本文主要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分析為基礎,分析了裂縫產(chǎn)生原因及機理，指出裂縫處理作為市政橋梁加固增強技術(shù)的重要性，并且針對性的介紹市政橋梁的加固技術(shù)處理。國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展帶動了道路交通的極大需求。作為道路交通中的市政橋梁，由于設計、施工及其它各種原因，直接影響和損害了這些市政橋梁的安全性、實用性和耐久性，從而嚴重影響著整條線路的暢通，也制約了國民經(jīng)濟的發(fā)展。為此，對市政橋梁維修、加固補強，與如何提高其承載能力等問題的研究、實驗和實踐推廣已引起了世界性的關(guān)注。線性裂縫計算理論：混凝土是一種耐久性很好的材料，但是其抗拉強度較低易拉裂。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)裂縫，將顯著減小構(gòu)件的剛度，導致結(jié)構(gòu)的變形增大;裂縫寬度過寬，則由于水汽和有害氣體的侵入，將導致鋼筋銹蝕，從而大大降低了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限。我國舊橋數(shù)量眾多，許多市政橋梁在營運過程中出現(xiàn)了裂縫，因此，如何較為精確地計算出市政橋梁在荷載作用下地的裂縫寬度及如何對其進行控制就顯得十分的重要。這一經(jīng)典裂縫理論由英國的Saligar于1936年提出，這個理論認為:鋼筋應力是通過鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)應力傳遞給混凝土的，裂縫控制主要取決于鋼筋何混凝土之間的粘結(jié)性能，由于鋼筋和混凝土之間產(chǎn)生相對滑移，變形不再一致而導致裂縫開展?；谡辰Y(jié)滑移理論，各國學者對于裂縫的計算都做了大量地研究，也有不少比較適用地成果，如Hognestad公式與Tossios公式等等。由發(fā)展的粘結(jié)滑移理論可得到如下裂縫寬度的計算公式:式中:最大裂縫寬度；構(gòu)件受力特征系數(shù);案截面的“有效受拉混凝土面積”計算的縱向受拉鋼筋配筋率:f裂縫縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù);縱向受拉鋼筋表面特征系數(shù);d鋼筋直徑;c最外一排受拉鋼筋的保護層厚度;按荷載短期效應組合計算的縱向受拉鋼筋應力。市政橋梁結(jié)構(gòu)裂縫常見原因分析：混凝土市政橋梁構(gòu)造物開裂是由多方面原因形成的，從混凝土形成的機理上可分為受力裂縫和非受力裂縫，它們既有因設計失誤而引起的結(jié)構(gòu)開裂，也有在施工期因工藝水平、施工控制失誤而形成的開裂，若在運行期間市政橋梁結(jié)構(gòu)開展裂縫則多數(shù)是由各種荷載作用而形成的。非受力裂縫的分析：市政橋梁結(jié)構(gòu)中混凝土的非受力裂縫與混凝土自身的性質(zhì)是有著密切的關(guān)系的。混凝土是由水泥、摻和料、外加劑于與水配制的膠結(jié)材漿體將分散的砂、石經(jīng)攪拌粘結(jié)在一起的工程材料，硬結(jié)的混凝土含固相、液相，氣相，是多元、多相、非勻質(zhì)水泥基復合材料水泥與水反應后的水化物要比原占體積有所縮減，縮減量約相當于化合水量的1/4，拌和物中石子吸水也使水泥石體積收縮，雖不至于影響混凝土的外觀尺寸，但在骨料約束下可引發(fā)微小裂縫和增大孔隙率。微裂的原因可按混凝土的構(gòu)造理論加以解釋，即視混凝土為非均質(zhì)材料(如骨料、水泥石、氣體、水分等)，在溫度、濕度變化條等條件下，混凝土逐步硬化，同時產(chǎn)生體積變形，這種變形是不均勻的，水泥石收縮較大，骨料收縮很小，水泥石的熱膨脹系數(shù)大，骨料較小，它們之間的變形不是自由的而產(chǎn)生相互約束應力。在構(gòu)造理論中一種極為簡單的計算模型，是假定圓形骨料不變形，且均勻地分布于均質(zhì)彈性水泥石中，當水泥石產(chǎn)生收縮的引起內(nèi)應力，這種應力而引起粘著微裂和水泥石微裂?；炷劣质菑椥阅Ａ枯^高而抗拉強度較低的材料，在受約束條件下只要發(fā)生少許收縮，產(chǎn)生的拉應力往往會大于該凝期混凝土的抗拉強度，導致混凝土發(fā)生裂縫?；炷猎跐仓尚秃螅炷凉橇蠈{體收縮的約束，使混凝土內(nèi)部從一開始就產(chǎn)生了微裂縫，在環(huán)境溫度、濕度、荷載等因素作用下，這些混凝土就可發(fā)展為肉眼可見的宏觀裂縫。受力裂縫的分析：1、荷載引起的裂縫，混凝土市政橋梁在靜、動荷載及次應力作用下產(chǎn)生的裂縫稱為荷載裂縫。裂縫的形狀與結(jié)構(gòu)應力分布有著直接的關(guān)系。結(jié)構(gòu)中應力值的大小是導致裂縫發(fā)展的內(nèi)在因素，歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。2、地基變形引起的裂縫，由于基礎豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導致結(jié)構(gòu)開裂。工程實例（一）工程概況某市某交叉口高架橋孔徑布置為：第一聯(lián)、第三聯(lián)均為330等截面預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，單箱雙室，梁高1.60米，底板寬度4.5米，腹板厚0.45米；第二聯(lián)30+40+30預應力變截面混凝土連續(xù)箱梁，單箱雙室，腹板厚從0.5-0.7米，梁高從1.60-2.50米；橋面寬度16.5m，設計車道為4車道；該橋設計荷載為城-A級。箱梁混凝土設計強度為C50。在預應力混凝土連續(xù)箱梁橋面中出現(xiàn)了寬而長的裂縫，市政橋梁使用管理部門擔心該橋的安全使用性能，要求對該橋的結(jié)構(gòu)性能進行檢測并預測裂縫的發(fā)展趨勢。（二）裂縫普查在汽車荷載試驗之前，對該預應力混凝土連續(xù)箱梁橋的橋跨結(jié)構(gòu)進行了認真的裂縫普查。普查發(fā)現(xiàn)該橋左右半幅（左幅靠東側(cè)，右幅靠西側(cè)）橋面已存在數(shù)條肉眼可見的裂縫，同時裂縫寬度較大。在左半幅橋面上，兩處縱向裂縫位于距橋邊防撞墻2.3米處，即腹板內(nèi)，最大裂縫寬度分別為0.40、1.29mm;長分別為15m（第一聯(lián)邊跨跨中區(qū)域）和10m（第一聯(lián)中跨跨中區(qū)域）；在右半幅橋面上，一處縱向裂縫位于距橋邊防撞墻2.0米處，即翼緣板端部，最大裂縫寬度分別為0.67、0.84mm，長分為7.6m（第三聯(lián)邊跨跨中區(qū)域）;該半幅橋面存在一處橫向裂縫（第二聯(lián)中跨距第一內(nèi)支座1/3L處），該處裂縫長0.21m，寬1.10mm。在各工況汽車荷載作用下，左右半幅橋面上各處縱橫向裂縫的最大寬度基本沒有變化，縱橫向裂縫較穩(wěn)定，觀測到的最大裂縫寬度基本沒有明顯的發(fā)展。但是，由于結(jié)構(gòu)的部分裂縫寬度超過規(guī)范的限定值，建議在市政橋梁的今后使用中應注意裂縫的定期監(jiān)測。（三）裂縫寬度驗算鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫寬度的計算方法有兩種，一類是力學模型為基礎的半理論半經(jīng)驗計算法，另一類是以數(shù)理統(tǒng)計分析為基礎的經(jīng)驗計算法。而在每類計算法中所依據(jù)的裂縫機理又不一致，以及對影響裂縫開展寬度主要因素取舍上的差異，因此，迄今為止提出的裂縫寬度計算公式是多種多樣的。其中，國內(nèi)外以往的各種規(guī)范和個別部門的現(xiàn)行規(guī)范中所采用的半理論半經(jīng)驗的計算公式多是分別建立在粘結(jié)滑動理論、粘結(jié)無滑動理論、粘結(jié)理論、粘結(jié)和曲率理論基礎上提出來的，而目前各種規(guī)范中使用較多的是以統(tǒng)計分析為基礎的經(jīng)驗公式。1968年Gorgely和lutz根據(jù)一些實測的裂縫資料進行數(shù)理統(tǒng)計分析，對影響裂縫開展寬度的主要因素采取多種組合方式，經(jīng)實際驗證后進行優(yōu)選，提出以數(shù)理統(tǒng)計為基礎，有一定保證率且便于計算的裂縫寬度計算公式，并且在1971年被納入美國ACI規(guī)范；1975年前蘇聯(lián)放棄了長期采用的以粘結(jié)滑動理論建立起來的計算公式，采用以數(shù)理統(tǒng)計分析為基礎的適用于各種構(gòu)件的鋼筋重心處最大裂縫寬度計算公式；1980年我國趙國藩等人利用國內(nèi)試件實測數(shù)據(jù)進行數(shù)理統(tǒng)計分析，提出了適用于矩形、T形、倒T形和工字形截面的各種受力構(gòu)件的最大裂縫寬度計算公式，依據(jù)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范計算，鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度，應按作用（或荷載）短期效應組合并考慮效應影響進行驗算，在I類和II類環(huán)境下最大裂縫寬度不應超過0.20mm。求得為0.043mm（四）市政橋梁裂縫的原因解析1、拆模過早、混凝土齡期短、施工荷載大施工中在混凝土未達到規(guī)定強度，過早拆模，或者在混凝土未達到規(guī)定強度就上荷載等因素都可直接造成混凝土樓板的彈性變形，致使混凝土在早期強度低或無強度時承受應力，導致橋面板開裂。2、橋面板上層鋼筋位置未得到有效保護，下移嚴重鋼筋對于結(jié)構(gòu)的抗裂性能的影響主要是混凝土材料結(jié)構(gòu)是非均質(zhì)的，承受拉力作用時，截面中各質(zhì)點受力是不均勻的，有大量不規(guī)則的應力集中點，這些點由于應力首先達到抗拉強度極限，引起了局部塑性變形，如無鋼筋，繼續(xù)受力，便在應力集中處出現(xiàn)裂縫。如進行適當配筋，鋼筋將約束混凝土的變形，從而分擔混凝土的內(nèi)應力，推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)，亦即提高了混凝土的極限拉伸能力。3、添加早強劑和使用泵送混凝土添加早強劑和使用泵送混凝土也是產(chǎn)生裂縫的一個原因，由于添加早強劑雖然可以縮短工期，但混凝土的抗拉強度并沒有得到很大提高；