橋梁病害診治與評(píng)估張樹(shù)仁

1、一橋梁病害診斷1（一）詳細(xì)而認(rèn)真裂縫調(diào)查、檢測(cè)與分析是混凝土結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的核心1（二）鋼筋腐蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素6二橋梁結(jié)構(gòu)的鑒定評(píng)估13（一）結(jié)構(gòu)承載力評(píng)估13（二）結(jié)構(gòu)剩余使用壽命的預(yù)測(cè)15一橋梁病害診斷在役橋梁結(jié)構(gòu)隨著使用時(shí)間的延續(xù)，受結(jié)構(gòu)使用條件變化及環(huán)境侵蝕等因素的影響，加之設(shè)計(jì)和施工的不當(dāng)，都會(huì)使結(jié)構(gòu)受到不同程度的損傷，造成橋梁病害，使結(jié)構(gòu)性能退化，使用功能逐步降低乃至完全喪失。結(jié)構(gòu)受到損傷后，需要對(duì)結(jié)構(gòu)損傷原因和程度進(jìn)行分析，確定結(jié)構(gòu)損傷后的承載能力和剩余壽命。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造決策分析，根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件提出結(jié)構(gòu)處理措施，如維修、加固或拆除重建等。（一）詳細(xì)而認(rèn)

2、真裂縫調(diào)查、檢測(cè)與分析是混凝土結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的核心實(shí)踐表明，混凝土結(jié)構(gòu)的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現(xiàn)裂縫，裂縫是反映混凝土結(jié)構(gòu)病害的晴雨表，所以，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)，首先應(yīng)從對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫調(diào)查、檢測(cè)與分析入手。混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴(kuò)展而引起的。引起裂縫的原因很多，但可歸納為兩大類(lèi)：第一類(lèi)：由外荷載引起的裂縫，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)性裂縫（又稱(chēng)為受力裂縫），其裂縫的分布及寬度與外荷載有關(guān)。這種裂縫的出現(xiàn)，預(yù)示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在其他嚴(yán)重問(wèn)題。第二類(lèi)：由變形引起的裂縫，稱(chēng)為非結(jié)構(gòu)性裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的結(jié)構(gòu)變形受到限制時(shí)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生自應(yīng)力，

3、當(dāng)此應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，即會(huì)引起混凝土裂縫，裂縫一旦出現(xiàn)，變形得到釋放，自應(yīng)力也就消失了。兩類(lèi)裂縫有明顯的區(qū)別，危害效果也不相同，有時(shí)兩類(lèi)裂縫融在一起。調(diào)查資料表明，在兩類(lèi)裂縫中以變形引起的裂縫占主導(dǎo)的約占80%；以荷載引起的裂縫占主導(dǎo)的約占20%。對(duì)裂縫原因的分析是裂縫危害性評(píng)定，裂縫修補(bǔ)和加固的依據(jù)，若對(duì)裂縫不經(jīng)分析研究就盲目進(jìn)行處理，不僅達(dá)不到預(yù)期的效果，還可能潛藏著突發(fā)性事故的危險(xiǎn)。1結(jié)構(gòu)性裂縫（受力裂縫）眾所周知，混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，抗拉極限應(yīng)變大約為。換句話說(shuō)，混凝土即將開(kāi)裂的瞬間，鋼筋的應(yīng)力只有。事實(shí)上，在正常使用階段鋼筋的應(yīng)力遠(yuǎn)大于此值，所以說(shuō)在正常使用階段鋼筋混

4、凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是避不可免的。因而，習(xí)慣上又將這種裂縫稱(chēng)為正常裂縫。實(shí)踐證明，在正常條件下，裂縫寬度小于0.3mm時(shí)，鋼筋不致生銹。為確保安全，允許裂縫寬度還應(yīng)小一些。新修訂的<公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范>JTG D62-2003（以下簡(jiǎn)稱(chēng)<橋規(guī)JTG D62>）規(guī)定：鋼筋混凝土構(gòu)件計(jì)算的特征裂縫寬度不應(yīng)超過(guò)下列規(guī)定的限值：類(lèi)及類(lèi)環(huán)境 0.2mm類(lèi)及類(lèi)環(huán)境 0.15mm結(jié)構(gòu)性裂縫可根據(jù)構(gòu)件的受力特征判斷。圖1-1所示為鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的典型結(jié)構(gòu)性裂縫分布示意圖。圖1-1 鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)裂縫圖1-1中所示的跨中截面附近下緣受拉區(qū)的豎向裂縫，是最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)性

5、裂縫。在正常設(shè)計(jì)和使用情況下，裂縫寬度不大，間距較密，分布均勻。若豎直裂縫寬度過(guò)大，超過(guò)規(guī)范規(guī)定的限值，預(yù)示結(jié)構(gòu)正截面承載力不足；圖1-1中所示為支點(diǎn)（或腹板寬度變化處）附近截面由主拉應(yīng)力引起的斜裂縫。在正常設(shè)計(jì)和使用情況下很少出現(xiàn)斜裂縫，即使出現(xiàn)裂縫寬度也很小。若斜裂縫寬度過(guò)大，預(yù)示結(jié)構(gòu)的斜截面承載力不足，存在發(fā)生斜截面脆性破壞的潛在危險(xiǎn)，應(yīng)引起足夠的重視。有些結(jié)構(gòu)性裂縫（受力裂縫）是由設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和施工方法不當(dāng)所造成的。例如：鋼筋錨固長(zhǎng)度不足、計(jì)算圖式與實(shí)際受力不符、構(gòu)件剛度不足、次內(nèi)力考慮不全面和施工安裝構(gòu)件支承吊點(diǎn)錯(cuò)誤等都可以使構(gòu)件產(chǎn)生裂縫。圖1-2所示為美國(guó)紐約一座高架橋橋墩蓋梁懸臂裂縫

6、分布及加固方案示意圖2。橋梁通車(chē)后發(fā)現(xiàn)橋墩蓋梁懸臂出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫，裂縫從上層受拉鋼筋端頭處開(kāi)始，向下沿伸至懸臂根部。顯然，這種裂縫是由于鋼筋錨固長(zhǎng)度不夠所引起的結(jié)構(gòu)性裂縫，這種結(jié)構(gòu)性裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成潛在危險(xiǎn)，應(yīng)及時(shí)加以處理。該橋采用了預(yù)加應(yīng)力的方法進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)處理。在超靜結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)不均勻沉降，將引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫?；A(chǔ)不均沉降引起的上部結(jié)構(gòu)的裂縫，實(shí)質(zhì)上是屬于結(jié)構(gòu)性裂縫（受力裂縫）范疇，裂縫的分布和寬度與結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)不均沉降情況及大小等多種因素有關(guān)。這種裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)安全性影響很大，應(yīng)在基礎(chǔ)不均勻沉降停止或采用加固地基方法消除后，才能進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的裂縫處理。圖1-2：美國(guó)紐約

7、高架橋橋墩蓋梁懸臂裂縫分布及加固方案 圖1-3 南方某城市立交匝道橋的平面布置和橫斷面圖圖1-3所示為我國(guó)南方某城市立交匝道橋的平面布置和橫斷面圖，其中第三聯(lián)（1018號(hào)墩）為8×25m鋼筋混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，軟土地基，鉆孔樁基礎(chǔ)，采用滿堂支架就地澆筑混凝土施工。該橋施工中出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫，第三聯(lián)（1816號(hào)墩）+1/4（1615號(hào)墩）跨拆模后，發(fā)現(xiàn)邊跨（1718號(hào)墩）出現(xiàn)25條豎直裂縫，最大裂縫寬度為0.15mm，三個(gè)月后發(fā)現(xiàn)其余各跨都出現(xiàn)了裂縫，跨中部分的裂縫已由腹板向底板沿伸200mm，個(gè)別裂縫已貫穿底板，在墩頂負(fù)彎矩區(qū)段也出現(xiàn)了由腹板向翼緣端部延伸的橫向裂縫。在該橋的事故分析中，

8、通過(guò)對(duì)施工、檢測(cè)、監(jiān)理原始資料的分析，排除了由施工方法不當(dāng)和材料強(qiáng)度不足造成如此嚴(yán)重裂縫的可能。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)資料審核發(fā)現(xiàn)，原設(shè)計(jì)在計(jì)算基礎(chǔ)不均勻沉降時(shí)，只考慮第三聯(lián)中間支點(diǎn)（14號(hào)墩）下沉20mm一種工況。顯然這樣處理是不全面的。若按9個(gè)支座分別下沉20mm共9種工況計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行最不利內(nèi)力組合，17號(hào)墩頂截面負(fù)彎矩最大。按此內(nèi)力計(jì)算，該截面原設(shè)計(jì)配筋嚴(yán)重不足，比計(jì)算需要值少32.2%，正截面抗彎承載力不足，致使箱梁頂板出現(xiàn)嚴(yán)重的橫向貫通裂縫。橫向裂縫進(jìn)一步向腹板發(fā)展，使墩頂截面的連續(xù)嵌固作用降低，全橋處于類(lèi)似于簡(jiǎn)支梁的工作狀態(tài)，使各跨中正彎矩增加，因正截面抗彎承載力不足出現(xiàn)豎直裂縫。2非結(jié)構(gòu)性

9、裂縫混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫根據(jù)其形成的時(shí)間可分為：混凝土硬化前裂縫、硬化過(guò)程裂縫和完全硬化后裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫的產(chǎn)生受混凝土材料組成、澆筑方法，養(yǎng)護(hù)條件和使用環(huán)境等等多因素影響。（1）收縮裂縫混凝土凝固過(guò)程，混凝土中多余水分蒸發(fā)，體積縮小稱(chēng)為干縮。同時(shí)，水泥和水起水化作用逐漸硬化而形成的水泥骨架不斷緊密，體積縮小，稱(chēng)為凝縮。收縮中以干縮為主，占總收縮量的8/109/10。收縮量隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷加大，初期收縮較快，爾后日趨緩慢。普通混凝土在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的極限收縮變形約為3.24×104。當(dāng)混凝土成形后，表面水份蒸發(fā)，這種水份蒸發(fā)總是由表及里逐步發(fā)展，截面上溫度形成梯度，內(nèi)外干縮量不一樣，因

10、而混凝土表面收縮變形受到混凝土內(nèi)部約束或其他約束限制時(shí)，即在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，引起混凝土開(kāi)裂。尤其是混凝土早期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，混凝土表面直接受到風(fēng)吹日曬的影響，表面水份蒸發(fā)過(guò)快，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，混凝土早期強(qiáng)底低，很容易出現(xiàn)收縮裂縫。收縮裂縫發(fā)生在混凝土面層，裂縫淺而細(xì)，寬度多在0.050.2mm之間。對(duì)板類(lèi)構(gòu)件多沿短邊方向，均勻分布于相鄰兩根鋼筋之間，方向與鋼筋平行。對(duì)高度較大的鋼筋混凝土梁，由于腰部水平鋼筋間距過(guò)大，在腰部（或腹板）產(chǎn)生豎向收縮裂縫，但多集中在構(gòu)件中部，中間寬兩頭細(xì)，至梁的上、下緣附近逐漸消失，梁底一般沒(méi)有裂縫。大體積混凝土在平面部位收縮裂縫較多，側(cè)面也有所見(jiàn)。收縮裂縫對(duì)構(gòu)件承

11、載力影響不大，主要影響影響結(jié)構(gòu)外觀和耐久性。（2）溫度裂縫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化將產(chǎn)生熱脹冷縮變形，這種溫度變形受到約束時(shí)，在混凝土內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，即會(huì)引起混凝土裂縫。這種裂縫稱(chēng)為溫度裂縫。按結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)不同、溫度變形、溫度應(yīng)力不同，溫度裂縫可分為三種類(lèi)型：截面均勻溫差裂縫：一般橋梁結(jié)構(gòu)為桿件體系長(zhǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度變化時(shí)，構(gòu)件截面受到均勻溫差的作用，可忽略橫截面兩個(gè)方向的變形，只考慮沿梁長(zhǎng)度方向的溫度變形，當(dāng)這種變形受到約束時(shí)，在混凝土內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，出現(xiàn)裂縫。例如：連續(xù)梁預(yù)留伸縮縫的伸縮量過(guò)小，或有施工散落的混凝土碎塊等雜物嵌入伸縮縫，或堆集于

12、支座處沒(méi)有及時(shí)清理，使伸縮縫和支座失靈等，當(dāng)溫度急劇變化時(shí)，結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)受到約束，上部橋跨結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)這種截面均勻溫差裂縫，嚴(yán)重者還可能造成墩臺(tái)的破壞。截面上、下溫差裂縫以橋梁結(jié)構(gòu)中大量采用的箱形梁為例，當(dāng)外界溫度驟然變化時(shí)，會(huì)造成箱內(nèi)外的溫度差，考慮到橋梁為長(zhǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為在沿梁長(zhǎng)方向箱內(nèi)外的溫差是一致的，沿水平橫向沒(méi)有溫差?？蓪⑷S熱傳等問(wèn)題簡(jiǎn)化為沿梁的豎向溫度梯度來(lái)確定，一般假設(shè)梁的截面高度方向、溫差呈線性變化。在這種溫差作用下，梁不但有軸向變形，還伴隨產(chǎn)生彎曲變形。梁的彎曲變形在超靜定結(jié)構(gòu)中不但引起結(jié)構(gòu)的位移，而且因多余約束存在，還要產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度應(yīng)力。當(dāng)上、下溫差變形產(chǎn)生的應(yīng)力達(dá)到混

13、凝土抗拉強(qiáng)度極限值時(shí)，混凝土就要出現(xiàn)裂縫，這種裂縫稱(chēng)為截面上、下溫差裂縫。截面內(nèi)外溫差裂縫水泥在水化過(guò)程產(chǎn)生一定的水化熱，其大部分熱量是在水泥澆筑后3天以?xún)?nèi)放出的。大體積混凝土產(chǎn)生的大量水化熱不容易散發(fā)，內(nèi)部溫度不斷上升，而混凝土表層散熱較快，使截面內(nèi)部產(chǎn)生非線性溫度差。另外，預(yù)制構(gòu)件采用蒸氣養(yǎng)護(hù)時(shí)，由于混凝土升溫或降溫過(guò)快，致使混凝土表面劇烈升溫或降溫，也會(huì)使截面內(nèi)部產(chǎn)生非線性溫度差。在這種截面溫差作用下，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生彎曲變形，且符合平截面假設(shè)，截面縱向纖維因溫差的伸長(zhǎng)將受到約束，產(chǎn)生溫度自應(yīng)力。對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)還會(huì)產(chǎn)生阻止撓曲變形的約束應(yīng)力。有時(shí)此溫度應(yīng)力是相當(dāng)大的，尤其是混凝土早期強(qiáng)度比較較低

14、，很容易造成混凝土裂縫?；炷翜囟攘芽p有以下特點(diǎn)：裂縫發(fā)生在板上時(shí)，多為貫穿裂縫；發(fā)生在梁上多為表面裂縫。梁板式結(jié)構(gòu)或長(zhǎng)度較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多是平行于短邊。大面積結(jié)構(gòu)（例如橋面鋪裝）裂縫多是縱橫交錯(cuò)。裂縫寬度大小不一，一般在0.5mm以下，且沿結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)沒(méi)有多大變化。預(yù)防溫度裂縫的主要措施是合理設(shè)置溫度伸縮縫，在混凝土組成材料中摻入適量的磨細(xì)粉煤灰，減少水化熱，加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格控制升溫和降溫速度。（3）鋼筋銹賬裂縫（順筋裂縫）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫與鋼筋的腐蝕相互作用。裂縫會(huì)增加混凝土的滲透性，使鋼筋的腐蝕加重，另一方面鋼筋腐蝕后，腐蝕產(chǎn)物體積膨脹，使混凝土保護(hù)層沿縱筋方向出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重者混凝土

15、保護(hù)層會(huì)完全脫落。對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件而言，由于預(yù)壓應(yīng)力過(guò)大或管道灌漿受凍、膨脹等原因也可能出現(xiàn)順筋裂縫。這種裂縫是不可恢復(fù)的，會(huì)加劇預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕（又稱(chēng)應(yīng)力腐蝕），預(yù)應(yīng)力筋腐蝕又會(huì)進(jìn)一步加劇順筋裂縫的擴(kuò)展。如此惡性循環(huán)，帶有極大的危險(xiǎn)性，應(yīng)引起足夠的重視，及時(shí)處理。（二）鋼筋腐蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素眾所周知，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋承擔(dān)拉力，混凝土承擔(dān)壓力，兩者組成一個(gè)整體共同工作，混凝土保護(hù)鋼筋免于銹蝕，保證了結(jié)構(gòu)的耐久性?；炷梁弯摻畹膹?qiáng)度是確定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的基本參數(shù)，它隨時(shí)間的變化規(guī)律是建立在股結(jié)構(gòu)抗力變化模型的基礎(chǔ)。一般來(lái)說(shuō)，混凝土強(qiáng)度在初期隨時(shí)間增大，但增長(zhǎng)速度逐

16、漸減慢。一般大氣條件下混凝土的損傷主要是碳化腐蝕和凍融循環(huán)破環(huán)。試驗(yàn)研究表2，碳化對(duì)混凝土強(qiáng)度沒(méi)有破壞作用，碳化后混凝土的強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)反而提高；凍融循環(huán)使混凝土的強(qiáng)度有所降低，其降低的幅度主要與混凝土的材料組成有關(guān)，隨時(shí)間的增長(zhǎng)變化不大?；炷撂蓟g會(huì)降低混凝土的堿性，隨著時(shí)間的推移，碳化的發(fā)展會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋保護(hù)作用，引起鋼筋的腐蝕。鋼筋的腐蝕是影響混凝土耐久性和使用壽命的重要因素。因此研究混凝土碳化和鋼筋腐蝕隨時(shí)間隨時(shí)的變化規(guī)律，建立在役結(jié)構(gòu)抗力變化模型，是進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估和剩余壽命預(yù)測(cè)的核心內(nèi)容。1混凝土的碳化混凝土的碳化是指混凝土中的氫氧化鈣（Ca(OH)2）與滲透進(jìn)混

17、凝土中的二氧化碳（CO2）和其他酸性氣體等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。碳化的實(shí)質(zhì)是混凝土的中性化。通常情況下，早期混凝土具有很高的堿性，其PH值一般大于12.5，在這樣高的堿性環(huán)境中埋置的鋼筋容易發(fā)生鈍化作用，使得鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，能夠阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。當(dāng)有二氧化碳和水汽從表面通過(guò)孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時(shí)，和混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和，會(huì)導(dǎo)致混凝土的PH值降低。當(dāng)混凝土完全碳化后，就出現(xiàn)PH值小于9的情況，在這種環(huán)境下，混凝土中埋置的鋼筋表面鈍化膜被逐漸破壞，在有水份和其他有害界質(zhì)侵入的情況下，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕。鋼筋銹蝕又將導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開(kāi)裂，鋼筋屈服強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)耐久性降低第一系列不良后果

18、。（1）影響混凝土碳化的因素研究表明，混凝土的碳化速度取決于CO2氣體的擴(kuò)散速度及CO2與混凝土成份的反應(yīng)性速度，CO2氣體的擴(kuò)散速度受混凝土本身的組織密實(shí)性，CO2氣體的濃度，環(huán)境溫度，試件含水量等多種因素影響。所以，混凝土的碳化反應(yīng)受混凝土內(nèi)孔溶液的組成、水化產(chǎn)物的形態(tài)等因素的影響。這些因素可歸結(jié)為與混凝土自身相關(guān)的內(nèi)部因素（主要有水泥用量和水灰比）和與環(huán)境有關(guān)的外界因素。對(duì)于在股結(jié)構(gòu)物來(lái)說(shuō)，由于其內(nèi)部因素已經(jīng)確定，因此影響混凝土碳化速度的主要因素是外部因素，如CO2的濃度越高，且壓力越大，碳化深度越大。因此，在城市交通繁忙路段處的結(jié)構(gòu)物往往碳化現(xiàn)象較嚴(yán)重。另外，碳化較易發(fā)生在潮濕環(huán)境中，

19、尤其是干濕交替的環(huán)境，因此，南方的結(jié)構(gòu)物容易產(chǎn)生碳化現(xiàn)象，且隨著溫度的升高，混凝土的碳化加速。（2）混凝土的碳化規(guī)律國(guó)內(nèi)外學(xué)者在分析碳化試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了碳化深度與碳化時(shí)間的關(guān)系式為 （1-1）式中：D碳化深度（mm）；t碳化時(shí)間（年）；R碳化速度系數(shù)，其數(shù)值不僅與混凝土的水泥品種及用量，養(yǎng)護(hù)方法有關(guān)，還與環(huán)境濕度、溫度及CO2濃度等多種因素有關(guān)。國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)碳化速度系數(shù)R的取值都提出了各自的經(jīng)驗(yàn)公式。這些公式的區(qū)別在于選取的參數(shù)和參數(shù)的個(gè)數(shù)不同。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都致力于混凝土碳化的多系數(shù)方程的研究，中國(guó)建筑科學(xué)研究院將公式（1-1）所示用單一系數(shù)表達(dá)的碳化深度與碳化時(shí)間關(guān)系

20、式，改寫(xiě)為下列形式2： （1-2）式中：1水泥用量影響系數(shù)；2水灰比影響系數(shù)；3粉煤灰取代量影響系數(shù)；4水泥品種影響系數(shù)；5骨料品種影響系數(shù)；6養(yǎng)護(hù)方法影響系數(shù)；混凝土影響系數(shù)1、26，可按表1-1取用。k綜合影響系數(shù)，普通混凝土k=2.32，輕骨料混凝土k=4.18。混凝土碳化影響系數(shù) 表1-1 系數(shù)名稱(chēng)符號(hào)條件相對(duì)指標(biāo)水泥用量影響系數(shù)1水泥用量(kg/m3)250300350400450輕骨料混凝土1.351.00.850.750.65普通混凝土1.401.00.900.800.70水灰比影響系數(shù)2水灰比0.40.50.60.7輕骨料混凝土0.851.0普通混凝土0.71.0粉煤灰取代量影

21、響系數(shù)3粉煤灰取代量(%)0102030輕質(zhì)混凝土1.01.21.301.50普通混凝土1.01.301.502.00水泥品種影響系數(shù)4水泥品種4.25普硅水泥425礦渣或火山灰水泥635礦渣水泥輕質(zhì)混凝土1.01.201.25普通混凝土1.01.351.50骨料種類(lèi)影響系數(shù)5骨料種類(lèi)粗骨料細(xì)骨料天然輕骨料人造輕骨料碎石普通砂破碎輕砂珍珠巖砂1.00.60.551.01.42.0養(yǎng)護(hù)方法影響系數(shù)6養(yǎng)護(hù)方法標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)蒸汽養(yǎng)護(hù)輕質(zhì)混凝土1.01.5普通混凝土1.01.85利用公式（1-1）推算混凝土的碳化深度時(shí)，公式中的碳化系數(shù)R也可按中國(guó)建筑科學(xué)研究院推薦的統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)公式由混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)直接求出

22、?？紤]各地氣象條件不同，碳化系數(shù)可參照表1-2 3?；炷撂蓟禂?shù)R計(jì)算表達(dá)式 表1-2 城市名稱(chēng)環(huán)境條件碳化系數(shù)公式北京室外環(huán)境151/2.38西寧室外環(huán)境139/2.18貴陽(yáng)室外環(huán)境131/1.78杭州室外環(huán)境152/2.392鋼筋的腐蝕大量的工程實(shí)踐表明，鋼筋的腐蝕是影響在役鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素。處于干燥環(huán)境下，混凝土碳化速度緩慢，具有良好保護(hù)層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般不會(huì)發(fā)生鋼筋腐蝕；而處于潮濕的或有侵蝕介質(zhì)（例如氯離子）的環(huán)境中，混凝土將加速碳化，鋼筋鈍化膜逐漸破壞，常因鋼筋腐蝕引起結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。鋼筋腐蝕伴隨有體積膨脹，使混凝土沿鋼筋出現(xiàn)爆裂，造成鋼筋與混凝土之間粘著力的破壞

23、，鋼筋截面面積減少，構(gòu)件承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并隨著時(shí)間的推移，腐蝕會(huì)逐漸惡化，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完全破壞。（1）鋼筋腐蝕的機(jī)理混凝土中的鋼筋腐蝕一般為電化學(xué)腐蝕。二氧化碳、氯離子等腐蝕介質(zhì)侵入時(shí)，混凝土的堿性降低或混凝土保護(hù)層開(kāi)裂等都會(huì)造成全部或部分地破壞鋼筋表面的鈍化狀態(tài)，由于鋼材材質(zhì)和表面的非均勻性，在鋼筋表面的不同部位總會(huì)出現(xiàn)較大的電位差，形成陽(yáng)極和陰極。因此，在潮濕環(huán)境下由于氧氣和水的參與，鋼筋就可以發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：在陽(yáng)極的反應(yīng)為 （1-3）在陰極的反應(yīng)為 （1-4）陰極、陽(yáng)極生成的鐵離子和氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化鐵： （1-5）在氧氣和水汽的共同作用下，由于上

24、述電化學(xué)反應(yīng)，使鋼筋表面的鐵不斷失去電子而溶于水，從而逐漸被腐蝕，在鋼筋表面生成鐵銹，鐵銹體積膨脹，引起混凝土開(kāi)裂。影響電化學(xué)腐蝕的因素有環(huán)境的濕度、溫度、氧氣濃度等，濕度越大、溫度越高、氧氣濃度越大，腐蝕越嚴(yán)重。氯離子雖然不能構(gòu)成腐蝕產(chǎn)物，但其中間產(chǎn)物對(duì)鋼筋腐蝕電化學(xué)反應(yīng)起催化作用，將加速鋼筋的腐蝕，對(duì)結(jié)構(gòu)的危害較大。鋼筋由于電化學(xué)腐蝕等原因，使表面形成大小不一、分散分布的腐蝕坑，腐蝕坑的存在加大了鋼筋的電位差，使腐蝕加速；另一方面腐蝕坑相當(dāng)于一個(gè)缺口，在鋼筋受拉時(shí)，將引起應(yīng)力不均勻分布，造成應(yīng)力集中，可能導(dǎo)致鋼筋的早期斷裂，這種現(xiàn)象稱(chēng)為鋼筋的應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕是化學(xué)腐蝕和應(yīng)力復(fù)合作用的結(jié)果

25、。應(yīng)力腐蝕的主要與腐蝕介質(zhì)，鋼筋的應(yīng)力水平和鋼筋的材質(zhì)情況的有關(guān)，鋼筋的強(qiáng)度和應(yīng)力值對(duì)應(yīng)力腐蝕有重要影響。鋼筋的強(qiáng)度越高，其變形性能越差，越容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕；鋼筋應(yīng)力越高，應(yīng)力腐蝕的敏感性越大。因此，應(yīng)力腐蝕對(duì)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋的危害是很大的。（2）鋼筋腐蝕對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響混凝土中的鋼筋腐蝕后，腐蝕產(chǎn)物體積膨脹使混凝土保護(hù)層沿縱筋出現(xiàn)裂縫，使鋼筋與混凝土的粘結(jié)力下降，鋼筋截面積減少，屈服強(qiáng)度降低，隨著時(shí)間的推移結(jié)構(gòu)受力性能將進(jìn)一步惡化，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性。鋼筋腐蝕對(duì)鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響鋼筋腐蝕對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響與腐蝕量有關(guān)：當(dāng)鋼筋表面只有輕微的腐蝕時(shí)（腐蝕率小于1%），鋼筋與混凝土之間的粘

26、結(jié)強(qiáng)度有所提高；但隨蝕量的增加，粘結(jié)強(qiáng)度則會(huì)顯著下降。當(dāng)因鋼筋腐蝕產(chǎn)生順筋裂縫，且裂縫寬度超過(guò)1.52mm時(shí)，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力基本喪失，其平均粘結(jié)強(qiáng)度僅為無(wú)縱向裂縫的3.5%5.5%。鋼筋腐蝕對(duì)構(gòu)件承載力的影響鋼筋腐蝕對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件承載力的影響主要取決于鋼筋腐蝕引起的鋼筋截面面積減少、材料力學(xué)性能的變化和鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力。（3）腐蝕鋼筋的截面損失率鋼筋的腐蝕率以截面損失率表示。對(duì)在股結(jié)構(gòu)的鋼筋腐蝕截面積損失率可采用取樣檢查法或裂縫觀察法確定。取樣檢查法就是去掉混凝土保護(hù)層直接檢查腐蝕情況，如剩余直徑，腐蝕坑的長(zhǎng)度、深度等。檢查即可在鋼筋上直接進(jìn)行，也可以取鋼筋試樣在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行

27、分析。裂縫觀察法是根據(jù)混凝土上裂縫的形狀、分布及裂縫寬度來(lái)判斷鋼筋的腐蝕程度。鋼筋腐蝕后會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，造成混凝土出現(xiàn)順筋裂縫，因此，通過(guò)觀察混凝土構(gòu)件上有無(wú)順筋裂縫和裂縫開(kāi)展寬度可判鋼筋腐蝕程度，見(jiàn)表1-32。鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫與鋼筋截面損失率 表1-3 裂縫狀態(tài)鋼筋截面損失率裂縫狀態(tài)鋼筋截面損失率無(wú)順筋裂縫(01)%保護(hù)層局部脫落(520)%有順筋裂縫(0.510)%保護(hù)層全部脫落(1520)%腐蝕鋼筋的截面損失率與裂縫寬度、保護(hù)層厚度、鋼筋直徑和混凝土強(qiáng)度等有關(guān)，它們之間的關(guān)系可表示為： （0<0.2mm） （1-6） （0.2mm<0.4mm） （1-7）式中：鋼筋截面損失

28、率（%）；C混凝土保護(hù)層厚度（mm）；d鋼筋直徑（mm）；fcu.k混凝土立方體強(qiáng)度（Mpa）；腐蝕裂縫寬度（mm）；腐蝕鋼筋的截面損失率，亦可按不同鋼筋位置，按下列公式計(jì)算：位于角部的R235鋼筋（原級(jí)鋼筋）（C=1525mm） （1-8）處于箍筋位置的R235鋼筋（原級(jí)鋼筋） （1-9）位于角部的HRB335鋼筋（原級(jí)鋼筋）（C=2040mm） （1-10）（4）腐蝕鋼筋的力學(xué)性能鋼筋腐蝕后其力學(xué)性能如：抗拉強(qiáng)度、伸縮率等也隨之發(fā)生變化，變化情況取決于鋼筋的品種和環(huán)境介質(zhì)條件。對(duì)普通的熱扎鋼筋，在一般大氣環(huán)境下腐蝕對(duì)其力學(xué)性能影響不大。但是，若混凝土中滲入了氯化物而使鋼筋腐蝕，則使鋼筋的延

29、性大為降低。在高強(qiáng)度鋼筋中，應(yīng)力隨著塑性的降低而逐漸松弛。中國(guó)建筑科學(xué)研究院的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)鋼筋表面沿長(zhǎng)度發(fā)生均勻腐蝕時(shí)，隨著腐蝕率的增加，鋼筋的極限強(qiáng)度與極限延伸率都隨之降低，用公式表示為（直徑12mm，R235鋼筋）： （1-11） 8% （1-12） >8% （1-13）式中：腐蝕后鋼筋的極限強(qiáng)度；腐蝕前鋼筋的極限強(qiáng)度；腐蝕后鋼筋的延伸率；腐蝕前鋼筋的延伸率；鋼筋的截面面積損失率。冶金部建筑科學(xué)研究院的研究表明，鋼筋腐蝕后延性的降低程度比截面損失率大。鋼筋腐蝕對(duì)其力學(xué)性能的影響取決于腐蝕程度。當(dāng)鋼筋表面僅有浮銹且截面損失率小于10%時(shí)，鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和鋼筋極限強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度與未銹

30、蝕者基本相同；當(dāng)鋼筋腐蝕的截面損失率小于5%時(shí)，鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系仍具有明顯的屈服點(diǎn)，也具有足夠的延性，鋼筋的極限強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也未有顯著的改變；當(dāng)鋼筋腐蝕的截面損失率大于10%時(shí)，鋼筋的力學(xué)性能有顯著的改變。鋼筋腐蝕分類(lèi)表 表1-4 腐蝕程度abcd截面損失率(%)0113310>10裂縫情況無(wú)縱向裂縫無(wú)縱向裂縫有少量縱向裂縫縱向裂縫增多，保護(hù)層部分剝落，嚴(yán)重時(shí)保護(hù)層脫落腐蝕擴(kuò)散腐蝕僅發(fā)生在鋼筋表面腐蝕僅發(fā)生在鋼筋表面向混凝土擴(kuò)散腐蝕物鐵銹沿混凝土裂縫擴(kuò)散，使順筋裂縫貫通，保護(hù)層脫落。屈服強(qiáng)度基本不變基本不變基本不變降低極限強(qiáng)度基本不變基本不變降 低降低，具有可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕延伸率基本

31、不變基本不變降 低降低，可能發(fā)生脆斷粘結(jié)力基本不變基本不變降低，但不明顯顯著降低（5）鋼筋腐蝕對(duì)構(gòu)件承載力的影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗彎承載力，隨鋼筋腐蝕率的增加而呈線性下降規(guī)律。當(dāng)鋼筋的截面損失率小于5%時(shí)，鋼筋的抗拉強(qiáng)度與延伸率基本上無(wú)變化，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力也基本不變，平截面假設(shè)仍然成立，可以按照無(wú)腐蝕的普通鋼筋混凝土構(gòu)件的計(jì)算方法分析構(gòu)件的抗彎承載能力，但分析中應(yīng)考慮鋼筋截面損失率。對(duì)于中度腐蝕的鋼筋，由于鋼筋截面面積少、鋼筋抗拉強(qiáng)度和延伸率降低，使鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力明顯下降。但是在這階段，鋼筋腐蝕坑深度不大，尚未形成應(yīng)力集中區(qū)。一般情況下，鋼筋不會(huì)發(fā)生脆斷或延性明顯降低現(xiàn)象，構(gòu)

32、件從加荷至最后破壞的全過(guò)程仍呈現(xiàn)出良好的變形性能。構(gòu)件的承載力仍可按未腐蝕的普通鋼筋混凝土構(gòu)件的計(jì)算方法計(jì)算，但應(yīng)同時(shí)考慮鋼筋截面損失和屈服強(qiáng)度降低的雙重影響。當(dāng)鋼筋發(fā)生嚴(yán)重腐蝕時(shí)，隨著鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的顯著降低，鋼筋與混凝土之間的共同工作能力減弱，梁的受力接近于無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力拉桿或附加有普通鋼筋的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁。此時(shí)構(gòu)件的抗彎承載力、剛度都有明顯降低。對(duì)于這種情況，若用規(guī)范給出了用于普通鋼筋混凝土承載力計(jì)算公式、分析構(gòu)件的承載力時(shí)，除應(yīng)考慮鋼筋截面損失率和屈服強(qiáng)度降低的影響外，尚應(yīng)考慮鋼筋與混凝土共同工作折減，將其承載力乘以0.80.9的系數(shù)。二橋梁結(jié)構(gòu)的鑒定評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)鑒定評(píng)估的目

33、的是分析現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的安全可靠性和剩余使用壽命。橋梁病害損傷檢測(cè)分析是鑒定評(píng)估的基礎(chǔ)，鑒定評(píng)估是對(duì)橋梁進(jìn)行改造決策分析的前提。（一）結(jié)構(gòu)承載力評(píng)估評(píng)估現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的安全可靠性的核心問(wèn)題是確定考慮結(jié)構(gòu)病害損傷后的結(jié)構(gòu)承載力。橋梁結(jié)構(gòu)的承載力評(píng)定通常采用以下三個(gè)途徑：1根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求對(duì)照橋梁的存在的缺陷及病害進(jìn)行綜合評(píng)定例如我國(guó)<公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范>中對(duì)橋梁技術(shù)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)和裂縫寬度，都做了規(guī)定。依此標(biāo)準(zhǔn)將橋梁技術(shù)狀況劃分為四類(lèi)。公路養(yǎng)護(hù)管理部分推廣使用<橋梁技術(shù)狀況評(píng)估專(zhuān)家系統(tǒng)>也屬于綜合評(píng)估方法，這種評(píng)估方法只能給出宏觀的分析結(jié)果。2現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)評(píng)估方法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)（靜載試驗(yàn)和

34、動(dòng)載試驗(yàn)）可直接檢算結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力。荷載試驗(yàn)與理論計(jì)算分析相結(jié)合是比較符合實(shí)際的承載力評(píng)定方法，但試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)難度高，經(jīng)費(fèi)支出大，目前尚難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。3理論計(jì)算分析評(píng)估方法在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和病害檢測(cè)分析的基礎(chǔ)上，考慮結(jié)構(gòu)病害、損傷的影響，按現(xiàn)行規(guī)范計(jì)算結(jié)構(gòu)承載力是國(guó)內(nèi)采用的承載力評(píng)估的主要方法。 按新修訂的<公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范>JTG D62-2003（以下簡(jiǎn)稱(chēng)<橋規(guī)JTG D62>）規(guī)定，構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的基本方程式為： （1-14）式中： 荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；與結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)的計(jì)算參數(shù)

35、；結(jié)構(gòu)抗力函數(shù)。對(duì)橋梁中大量采用鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋，應(yīng)對(duì)跨中正截面抗彎承載力和距支點(diǎn)（此外h為梁高）和腹板寬度變化處的斜截面抗剪承載力進(jìn)行檢算。對(duì)于連續(xù)梁應(yīng)對(duì)跨中和中間支點(diǎn)處截面的正截面抗彎承載力進(jìn)行檢算，應(yīng)對(duì)支點(diǎn)橫隔板邊緣處和腹板寬度變化處的斜截抗剪承載力進(jìn)行檢算。正截面抗彎承載力和斜截面抗剪承載力檢算可按<橋規(guī)JTG D62>給出的有關(guān)公式計(jì)算。但在計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)損傷的影響，注意以下幾點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)尺寸及配筋應(yīng)參照結(jié)構(gòu)竣工圖，按實(shí)際結(jié)構(gòu)測(cè)繪確定。（2）車(chē)輛荷載內(nèi)力應(yīng)按新編<橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D62-2003>規(guī)定的新荷載標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。應(yīng)根據(jù)橋梁橫向

36、連接的實(shí)際情況，選擇橫向分布系數(shù)計(jì)算方法：對(duì)于橋面板設(shè)有現(xiàn)澆段的裝配式T形梁橋，一般采用剛接梁法；對(duì)于采用混凝土鉸縫或焊接短鋼板連接的空心板或T形梁橋，一般采用鉸結(jié)板（梁）法。對(duì)于某些重要橋梁，亦可根據(jù)荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)確定荷載橫向分布系數(shù)。 （1-15）式中： 在試驗(yàn)荷載（合力R，偏心距e）作用下，第i片梁的荷載橫向分布系數(shù)；在試驗(yàn)荷載作用下，第i片梁的跨中撓度；n主梁的根數(shù)。（3）混凝土強(qiáng)度等級(jí)確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)在綜合分析設(shè)計(jì)文件、施工材料檢測(cè)試驗(yàn)記錄和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料的基礎(chǔ)上確定?；炷翉?qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以回彈超聲綜合法為宜。（4）裂縫對(duì)承載力的影響在一般情況下，受拉區(qū)的豎直裂縫，對(duì)正截面抗彎承載力影響不大。斜裂縫對(duì)混凝土的抗剪承載力有所降低。根據(jù)筆者的試驗(yàn)研究結(jié)果6，斜裂縫小于0.2mm者，混凝土與箍筋的綜合抗剪承載力應(yīng)乘以的降低系數(shù)；斜裂縫大于0.2mm者，混凝土和箍筋的綜合抗剪承載力應(yīng)乘以的降低系數(shù)；（5）鋼筋腐