橋梁安全耐久性和全壽命設(shè)計(jì)研究概況

1、2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU1橋梁安全耐久性和全壽命設(shè)計(jì)研究概況橋梁安全耐久性和全壽命設(shè)計(jì)研究概況土木工程學(xué)院橋梁工程系土木工程學(xué)院橋梁工程系趙人達(dá)趙人達(dá) 博士博士 教授教授 博導(dǎo)博導(dǎo)2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU2引言 近年來(lái)，世界各國(guó)、特別是主要處于基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)階段的歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家普遍發(fā)現(xiàn)，橋梁耐久性差、服務(wù)壽命短、全壽命經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)差等問(wèn)題(與人們最初的設(shè)計(jì)和規(guī)劃預(yù)期有很大差異)，已經(jīng)嚴(yán)重影響了其正常服務(wù)功能的發(fā)揮，并且給養(yǎng)護(hù)、維修等后期運(yùn)營(yíng)管理工作帶來(lái)難以承受的巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)負(fù)擔(dān)。2022-3-24

2、Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU3引言 我國(guó)正處于橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高峰時(shí)期，大量的橋梁面臨著如何保證其使用壽命及使用期間的安全、耐久及維護(hù)管理的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。許多服役橋梁也暴露出病害和缺陷，因此，關(guān)于橋梁安全耐久性和全壽命設(shè)計(jì)研究有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU4引言 0.1 關(guān)于耐久性的定義關(guān)于耐久性的定義1 耐久性的定義直接關(guān)系到對(duì)耐久性研究范圍及對(duì)象的界定，是需要首先明確的問(wèn)題。由于耐久性的影響因素眾多，加之人們對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的認(rèn)識(shí)多種多樣，因此，很難給它一個(gè)公認(rèn)準(zhǔn)確的定義。在眾多的定

3、義中，以下幾種說(shuō)法較有代表性：2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU5引言 l) 國(guó)內(nèi)一般認(rèn)為，結(jié)構(gòu)耐久性是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，不需要花費(fèi)大量資金加固處理而保不需要花費(fèi)大量資金加固處理而保持其安全、使用功能和外觀要求的持其安全、使用功能和外觀要求的能力能力金偉良等：混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，2002.09。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU6引言 2) 國(guó)外對(duì)于耐久性的一個(gè)較好的定義是由Holland于 1993年給出的，耐久性是指在正常維護(hù)條件下，經(jīng)在正常維護(hù)條件下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，材

4、料和結(jié)構(gòu)的承載能過(guò)一段時(shí)間，材料和結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能沒(méi)有大的變化的能力。力和使用性能沒(méi)有大的變化的能力。亦即：耐久性是指構(gòu)件和材料抵抗衰退和腐蝕的能力M.J.Ryall，2002。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU7引言 3) 我國(guó)建設(shè)部的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性及耐久性設(shè)計(jì)指南中定義結(jié)構(gòu)耐久性為：結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)在規(guī)定期限內(nèi)，在各種作用下維持其應(yīng)用功在規(guī)定期限內(nèi)，在各種作用下維持其應(yīng)用功能的能力。能的能力。這里的作用主要指大氣、化學(xué)侵蝕等導(dǎo)致材料性能退化的環(huán)境作用；功能則主要指與結(jié)構(gòu)承載力極限狀態(tài)有關(guān)的安全性(如足夠的強(qiáng)度與穩(wěn)定性)以及與結(jié)構(gòu)使用極限狀態(tài)有關(guān)的

5、適用性(如有限的變形、裂縫寬度以及美觀要求等)，即耐久性包括耐久的安全性與耐久的適用性。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU8引言 4)歐洲D(zhuǎn)uracrete【2001】定義耐久性為：混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)以這樣的方式設(shè)計(jì)、建造混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)以這樣的方式設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)作及運(yùn)作( (運(yùn)營(yíng)運(yùn)營(yíng)) )，在可以預(yù)期的環(huán)境影響，在可以預(yù)期的環(huán)境影響下，結(jié)構(gòu)在一個(gè)明確的下，結(jié)構(gòu)在一個(gè)明確的( (或隱含的或隱含的) )時(shí)間時(shí)間段內(nèi)，在不需要超出預(yù)期的維護(hù)和維修段內(nèi)，在不需要超出預(yù)期的維護(hù)和維修費(fèi)用的情況下，能夠保持其安全性、適費(fèi)用的情況下，能夠保持其安全性、適用性及可接受的外觀。用

6、性及可接受的外觀。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU9引言 幾種定義：側(cè)重點(diǎn)不同，本質(zhì)相近。幾種定義：側(cè)重點(diǎn)不同，本質(zhì)相近。 有學(xué)者認(rèn)為：既應(yīng)該明確耐久性研究的主要對(duì)有學(xué)者認(rèn)為：既應(yīng)該明確耐久性研究的主要對(duì)象，也應(yīng)該明確耐久性與承載力及安全性的區(qū)別。象，也應(yīng)該明確耐久性與承載力及安全性的區(qū)別。 原因在于：原因在于：l) l)影響結(jié)構(gòu)影響結(jié)構(gòu)“安全、使用功能和外安全、使用功能和外觀觀”的因素很多，如果都將其看作耐久性的研究對(duì)的因素很多，如果都將其看作耐久性的研究對(duì)象，將使得研究范圍過(guò)于寬泛，缺乏可操作性；象，將使得研究范圍過(guò)于寬泛，缺乏可操作性；2) 2)

7、目前，不少研究和文獻(xiàn)在一定程度上混淆了結(jié)構(gòu)耐目前，不少研究和文獻(xiàn)在一定程度上混淆了結(jié)構(gòu)耐久性與承載力之間的區(qū)別，這兩個(gè)概念、兩種性能久性與承載力之間的區(qū)別，這兩個(gè)概念、兩種性能對(duì)于結(jié)構(gòu)都至關(guān)重要，但耐久性主要表示結(jié)構(gòu)保持對(duì)于結(jié)構(gòu)都至關(guān)重要，但耐久性主要表示結(jié)構(gòu)保持其特定性能的能力，承載力是其中的一種性能。其特定性能的能力，承載力是其中的一種性能。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU10引言表表0.1 4種耐久性定義的比較種耐久性定義的比較 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU11引言 吳海軍認(rèn)為結(jié)構(gòu)耐久性可以從兩個(gè)層

8、次界定吳海軍認(rèn)為結(jié)構(gòu)耐久性可以從兩個(gè)層次界定1： l) l)在最普遍的意義上，為了認(rèn)識(shí)其本質(zhì)，結(jié)構(gòu)在最普遍的意義上，為了認(rèn)識(shí)其本質(zhì)，結(jié)構(gòu)的耐久性就是指其維持初始性能的耐久性就是指其維持初始性能( (包括安全性、適用包括安全性、適用性及美觀性及美觀) )的能力；的能力； 2) 2)從專業(yè)研究及便于量化的角度，結(jié)構(gòu)的耐久從專業(yè)研究及便于量化的角度，結(jié)構(gòu)的耐久性可更具體地定義為：結(jié)構(gòu)在外界環(huán)境及其他因素性可更具體地定義為：結(jié)構(gòu)在外界環(huán)境及其他因素( (設(shè)計(jì)預(yù)期的正常荷載，對(duì)于突發(fā)性災(zāi)害事件不應(yīng)多設(shè)計(jì)預(yù)期的正常荷載，對(duì)于突發(fā)性災(zāi)害事件不應(yīng)多考慮考慮) )共同作用下，在同樣共同作用下，在同樣( (或等效

9、或等效) )的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)總成本護(hù)總成本( (壽命周期總成本壽命周期總成本) )下，在設(shè)計(jì)使用壽命期下，在設(shè)計(jì)使用壽命期內(nèi)，保持預(yù)期的安全性、適用性的能力。即耐久性內(nèi)，保持預(yù)期的安全性、適用性的能力。即耐久性的內(nèi)涵應(yīng)包括耐久的長(zhǎng)壽命及經(jīng)濟(jì)地耐久。的內(nèi)涵應(yīng)包括耐久的長(zhǎng)壽命及經(jīng)濟(jì)地耐久。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU12引言 該提法的特點(diǎn)：該提法的特點(diǎn)：l)耐久性的核心是耐久性的核心是結(jié)構(gòu)的壽命問(wèn)題；結(jié)構(gòu)的壽命問(wèn)題；2)避免了較模糊的因避免了較模糊的因素，例如關(guān)于正常維護(hù)條件以及正常維素，例如關(guān)于正常維護(hù)條件以及正常維護(hù)費(fèi)用的定義；護(hù)費(fèi)用

10、的定義；3)耐久性的優(yōu)劣不可避耐久性的優(yōu)劣不可避免地要涉及到經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題，只有以考免地要涉及到經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題，只有以考慮了建設(shè)成本、維護(hù)管理成本的橋梁全慮了建設(shè)成本、維護(hù)管理成本的橋梁全壽命經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)作為控制條件才可以對(duì)壽命經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)作為控制條件才可以對(duì)耐久性做出全面、公正的評(píng)價(jià)。耐久性做出全面、公正的評(píng)價(jià)。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU13引言 運(yùn)用該提法可以方便地進(jìn)行耐久性運(yùn)用該提法可以方便地進(jìn)行耐久性的比較和評(píng)價(jià)，當(dāng)明確了使用條件的比較和評(píng)價(jià)，當(dāng)明確了使用條件(外界外界環(huán)境及其他因素環(huán)境及其他因素)和總體成本，可以通過(guò)和總體成本，可以通過(guò)計(jì)算其實(shí)

11、際使用壽命來(lái)評(píng)估一個(gè)具體結(jié)計(jì)算其實(shí)際使用壽命來(lái)評(píng)估一個(gè)具體結(jié)構(gòu)的耐久性能否滿足使用壽命的要求；構(gòu)的耐久性能否滿足使用壽命的要求；當(dāng)明確了使用條件和使用壽命后，則可當(dāng)明確了使用條件和使用壽命后，則可以通過(guò)計(jì)算總體成本來(lái)評(píng)估不同耐久性以通過(guò)計(jì)算總體成本來(lái)評(píng)估不同耐久性設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣。設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU14引言 此外，還必須認(rèn)識(shí)到正如英國(guó)標(biāo)準(zhǔn) BS7543，1992中指出的那樣：“耐久性預(yù)測(cè)不可能是一門(mén)精確的科學(xué)，建筑物的壽命預(yù)測(cè)只能是個(gè)估計(jì)”。該觀點(diǎn)至少在當(dāng)前階段仍然是符合實(shí)際的。但是，考慮到現(xiàn)階段在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所強(qiáng)調(diào)的只是結(jié)

12、構(gòu)在荷載作用下的承載能力，它基本上不考慮材料性能在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的劣化(除疲勞荷載作用外)，不直接考慮因耐久性不足導(dǎo)致的性能失效的可能；所以，關(guān)于耐久性及使用壽命的計(jì)算盡管是近似的估算，但對(duì)于設(shè)計(jì)者、業(yè)主或使用者來(lái)說(shuō)仍然有其必要性。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU15各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 1 各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 經(jīng)過(guò)近幾十年的快速發(fā)展，我國(guó)橋梁的數(shù)量已十分龐大。其中，有不少橋梁暴露出病害，更有一些橋梁在遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期使用壽命時(shí)，就出現(xiàn)耐久性能嚴(yán)重退化的現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)倒塌等毀滅性事故。使用壽命及耐

13、久性能的提高將是21世紀(jì)橋梁技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU16各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 1.1混凝土橋梁的耐久性問(wèn)題混凝土橋梁的耐久性問(wèn)題 混凝土橋梁(主要指梁式橋)的使用歷經(jīng)整個(gè)20世紀(jì)，但大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用開(kāi)始于第二次世界大戰(zhàn)之后。而發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題則在戰(zhàn)后的六、七十年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家的混凝土橋梁在使用了約三、四十年后，紛紛進(jìn)入老化期，引發(fā)對(duì)原有混凝土橋梁的評(píng)估。人們始料不及的是：混凝土材料在環(huán)境混凝土材料在環(huán)境及使用條件下，出現(xiàn)了一系列影響結(jié)構(gòu)耐久性的物及使用條件下，出現(xiàn)了一系列影響結(jié)構(gòu)耐久性的

14、物理、化學(xué)變化，如結(jié)構(gòu)混凝土的碳化、保護(hù)層剝落、理、化學(xué)變化，如結(jié)構(gòu)混凝土的碳化、保護(hù)層剝落、裂縫的發(fā)展、鋼筋銹蝕、滲透凍融破壞等等。裂縫的發(fā)展、鋼筋銹蝕、滲透凍融破壞等等。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU17各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 在各類橋梁中，混凝土橋梁的數(shù)量占絕對(duì)多數(shù)，1989年歐洲混凝土橋梁占橋梁總數(shù)的70%，我國(guó)混凝土橋梁占90%以上【周履，1998】。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于混凝土橋梁病害和破壞事故的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮。此外，盡管在各類橋梁中預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的缺陷率最低，而使用壽命的期望值最高【周履，2000】。 2022-

15、3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU18 但自70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外都發(fā)現(xiàn)一些預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁發(fā)生損傷的情況，不但影響橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用，還危及使用者和結(jié)構(gòu)的安全?；炷翗蛄旱牟『τ捎谄鋽?shù)量大，涉及地域廣，對(duì)交通的安全暢通影響嚴(yán)重，修復(fù)費(fèi)用巨大，成為世界各國(guó)共同關(guān)注的問(wèn)題。美國(guó)聯(lián)邦公路局(FHWA)所支持的一項(xiàng)研究項(xiàng)目曾對(duì)美國(guó)既有橋梁(共有約470 000座)的缺陷情況進(jìn)行了調(diào)查，缺陷比例近1/3。 各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU19各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性

16、問(wèn)題表表1.1 美國(guó)不同材料橋梁結(jié)構(gòu)缺陷分布情況美國(guó)不同材料橋梁結(jié)構(gòu)缺陷分布情況2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU20各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 我國(guó)交通部我國(guó)交通部20032003年年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)字年年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，全國(guó)共有公路橋梁顯示，全國(guó)共有公路橋梁310 773310 773座，計(jì)座，計(jì)12 466 14312 466 143延米，按延米，按公路橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)公路橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范規(guī)范歸類為危險(xiǎn)等級(jí)的橋梁為歸類為危險(xiǎn)等級(jí)的橋梁為10 44310 443座，計(jì)座，計(jì)378 439378 439延米延米1414。此外，根據(jù)目前。此

17、外，根據(jù)目前工程實(shí)踐反饋的信息，我國(guó)橋梁耐久性工程實(shí)踐反饋的信息，我國(guó)橋梁耐久性差的情況十分嚴(yán)峻。橋梁耐久性不足給差的情況十分嚴(yán)峻。橋梁耐久性不足給后期的維護(hù)和管理造成了沉重的負(fù)擔(dān)。后期的維護(hù)和管理造成了沉重的負(fù)擔(dān)。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU21各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 美國(guó)聯(lián)邦公路署在1989年提交美國(guó)國(guó)會(huì)的一份報(bào)告國(guó)家公路和橋梁現(xiàn)狀中提到：“現(xiàn)積壓有待修補(bǔ)的混凝土橋梁的維修費(fèi)用為1 550億美元”【洪乃豐，2002】。美國(guó)土木工程學(xué)會(huì)在2001年指出，美國(guó)在隨后的5年需要花費(fèi)1.3萬(wàn)億美元來(lái)解決當(dāng)時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施中存在的缺

18、陷。就橋梁而言，29%的橋梁被界定為具有功能性缺陷，將需要在隨后的10年中每年耗費(fèi)106億美元來(lái)解決這一問(wèn)題貢金鑫，1999。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU22各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 1）立柱鋼筋銹蝕、保護(hù)層剝落 2）主梁端部受到雨水等有害物質(zhì)侵蝕圖1.1 混凝土橋梁立柱和主梁耐久性退化的典型例子2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU23各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 在世界范圍內(nèi)，鋼筋腐蝕對(duì)混凝土橋梁的破壞和影響最為突出，特別是沿海、跨海橋，采用除冰鹽的公路橋、城市立

19、交橋以及處于鹽堿地區(qū)的橋梁，其腐蝕破壞是相當(dāng)嚴(yán)重的，甚至在幾年、十幾年內(nèi)就不得不修復(fù)或重建，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期使用年限的要求，已經(jīng)成為世界矚目的大問(wèn)題。我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕破壞以沿海地區(qū)較為明顯，有些碼頭橋梁使用310年就要修復(fù)。而北方撒鹽除冰的危害也己經(jīng)顯露出來(lái)，如北京西直門(mén)立交橋，使用19年就因嚴(yán)重腐蝕而報(bào)廢(己經(jīng)于1999年另建新橋)；東直門(mén)橋等數(shù)座橋的“鹽害”也很明顯和嚴(yán)重，不得不作修復(fù)、加固處理王媛俐，2001 。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU24各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 1.2 纜索承重橋梁的耐久性問(wèn)題纜索承重橋梁的耐久

20、性問(wèn)題 纜索(拉索或吊桿)一般布置在梁體外部，且處于高應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)銹蝕等外界侵害比較敏感，主要表現(xiàn)在懸索橋鋼索的銹蝕和斜拉橋拉索的損壞。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU25各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 大跨度橋梁結(jié)構(gòu)中經(jīng)常使用纜索承重體系來(lái)跨越江河，主要的橋型包括各種吊桿(系桿)拱橋、斜拉橋和懸索橋等。纜索(拉索或吊桿)一般布置在梁體外部，且處于高應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)銹蝕等外界侵害比較敏感；加之當(dāng)時(shí)使用的纜索防護(hù)體系不易檢查，因此，纜索和吊桿的防護(hù)與耐久性極為重要，它直接關(guān)系到橋梁的使用壽命和使用性能，是纜索承重橋梁的生命線。2022-3

21、-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU26各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 自二戰(zhàn)以來(lái)，以斜拉橋的復(fù)興為標(biāo)志，世界各地陸續(xù)修建了大量的大跨纜索承重橋梁結(jié)構(gòu)懸索橋與斜拉橋。至上世紀(jì)末，己發(fā)現(xiàn)懸索橋在使用十年左右后，鋼索己出現(xiàn)銹蝕；斜拉橋的拉索損壞更嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)外不少斜拉橋的拉索甚至在使用不到十年就損壞了。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU27各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 例如，美國(guó)在1903年建世界上第一座現(xiàn)代化長(zhǎng)跨度懸索橋Williamsburg橋，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)原因和造價(jià)，沒(méi)有對(duì)鋼絲進(jìn)行鍍鋅處理，

22、而代之以亞麻油和石墨來(lái)涂覆鋼絲，建成后僅7年就發(fā)現(xiàn)鋼絲銹蝕斷裂。1922年將纜索補(bǔ)纏鍍鋅鋼絲，但是到了1934年，發(fā)現(xiàn)主纜內(nèi)有水從錨錠處流出；10年后，從塔頂向纜索內(nèi)注入400加侖的亞麻油，1968年又注入魚(yú)油和礦物酒清。但是所有這些措施都沒(méi)有能夠阻止銹蝕的發(fā)展。1992年，被迫進(jìn)行為期3年的主纜維護(hù)工作，耗資7300萬(wàn)美元。近年來(lái)先后有多座橋梁的拉索(或吊桿)因?yàn)槟途眯圆蛔愣鼡Q（見(jiàn)表1.2）吳海軍，2003。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU28各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題表表1.2 部分纜索承重橋梁拉索或吊桿更換記錄部分纜索承

23、重橋梁拉索或吊桿更換記錄 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU29各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題表表1.2（續(xù)）（續(xù)） 部分纜索承重橋梁拉索或吊桿更換記錄部分纜索承重橋梁拉索或吊桿更換記錄 廣西廣西來(lái)賓來(lái)賓1980.11建成建成,1981.09通車通車2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU30各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 1.3 拱橋的耐久性問(wèn)題拱橋的耐久性問(wèn)題 拱橋在我國(guó)歷史久遠(yuǎn)、源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，一直在我國(guó)橋梁中占有非常重要的地位。我國(guó)在上世紀(jì)六七十年代修建了大量的石拱橋和混凝土拱橋，特

24、別是眾多混凝土雙曲拱橋因?yàn)閲?yán)重的開(kāi)裂問(wèn)題，而不得不加固或拆除重建。而在上世紀(jì)八九十年代修建的二十余座預(yù)應(yīng)力混凝土桁式組合拱橋，在平均使用不到15年的時(shí)間，因?yàn)閲?yán)重的病害，已經(jīng)有約1/4的橋梁被炸掉或封閉棄用，另有約1/4的橋梁被嚴(yán)格限載，降級(jí)使用。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU31各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 1.4 鋼橋的耐久性問(wèn)題鋼橋的耐久性問(wèn)題 公路鋼橋運(yùn)營(yíng)期間的損傷形式主要有：鋼材腐蝕與劣化、活載引發(fā)的破損、疲勞和失穩(wěn)等。鋼橋大國(guó)日本對(duì)1 691座鋼橋重建與改建原因的調(diào)查結(jié)果表明：道路線形改變、道路等級(jí)的提高、河道改修和交

25、通量增加橋?qū)捥葮蛄菏褂霉δ苄詥?wèn)題占總數(shù)的約60%，這從一個(gè)側(cè)面反映了影響橋梁使用壽命的因素的多樣性。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU32各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 圖圖1.2 日本對(duì)日本對(duì)69座橋梁上部結(jié)構(gòu)損傷形式的調(diào)查結(jié)果座橋梁上部結(jié)構(gòu)損傷形式的調(diào)查結(jié)果2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU33各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 鋼橋的腐蝕、劣化、疲勞損傷的影響因素較鋼橋的腐蝕、劣化、疲勞損傷的影響因素較復(fù)雜，主要因素有：復(fù)雜，主要因素有： 1)材料；材料； 2)結(jié)構(gòu)構(gòu)造的設(shè)

26、計(jì)、加工工藝和施工方法；結(jié)構(gòu)構(gòu)造的設(shè)計(jì)、加工工藝和施工方法； 3)作用荷載；作用荷載； 4)環(huán)境；環(huán)境； 5)橋梁的運(yùn)營(yíng)管理等。橋梁的運(yùn)營(yíng)管理等。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU34各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題各類橋梁面臨的耐久性問(wèn)題 綜上所述，當(dāng)我們將精力主要放在高速綜上所述，當(dāng)我們將精力主要放在高速建設(shè)新橋的時(shí)候，可能想象不到若干年后我建設(shè)新橋的時(shí)候，可能想象不到若干年后我們將不得不為了這些橋梁的維修、加固付出們將不得不為了這些橋梁的維修、加固付出難以想象的沉重代價(jià)。從橋梁整個(gè)壽命周期難以想象的沉重代價(jià)。從橋梁整個(gè)壽命周期的綜合社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的角

27、度看，以當(dāng)?shù)木C合社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的角度看，以當(dāng)前的橋梁建設(shè)現(xiàn)狀，每年新建橋梁越多，后前的橋梁建設(shè)現(xiàn)狀，每年新建橋梁越多，后期因?yàn)槟途眯圆蛔銓?dǎo)致的維護(hù)和加固的負(fù)擔(dān)期因?yàn)槟途眯圆蛔銓?dǎo)致的維護(hù)和加固的負(fù)擔(dān)就越重，總體社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益就越差。這是就越重，總體社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益就越差。這是必須認(rèn)真研究解決的問(wèn)題。必須認(rèn)真研究解決的問(wèn)題。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU35橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 2 橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 2.1 橋面鋪裝破壞橋面鋪裝破壞 在車輛在車輛( (尤其是超載、超限車輛尤其是超載、超

28、限車輛) )的長(zhǎng)期的長(zhǎng)期作用下，尚未達(dá)到預(yù)期年限的橋面板經(jīng)常出作用下，尚未達(dá)到預(yù)期年限的橋面板經(jīng)常出現(xiàn)凸凹不平或網(wǎng)狀開(kāi)裂等破壞現(xiàn)象。橋面鋪現(xiàn)凸凹不平或網(wǎng)狀開(kāi)裂等破壞現(xiàn)象。橋面鋪裝的過(guò)早破壞是世界范圍的難題，特別是在裝的過(guò)早破壞是世界范圍的難題，特別是在氣候寒冷需要采用除冰鹽消除橋面積雪的國(guó)氣候寒冷需要采用除冰鹽消除橋面積雪的國(guó)家和地區(qū)，因?yàn)槁塞}侵蝕和凍融破壞的共同家和地區(qū)，因?yàn)槁塞}侵蝕和凍融破壞的共同作用，橋面鋪裝壽命短、病害嚴(yán)重的情況非作用，橋面鋪裝壽命短、病害嚴(yán)重的情況非常普遍。常普遍。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU36橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象

29、橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 2 橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 2.1 橋面鋪裝破壞橋面鋪裝破壞 橋面鋪裝損壞的問(wèn)題在我國(guó)也非常嚴(yán)重，橋面鋪裝損壞的問(wèn)題在我國(guó)也非常嚴(yán)重，不僅在早期修建的橋梁中大量存在，而且國(guó)不僅在早期修建的橋梁中大量存在，而且國(guó)內(nèi)近期修建的幾座特大型橋梁內(nèi)近期修建的幾座特大型橋梁( (如虎門(mén)大橋、如虎門(mén)大橋、廈門(mén)海滄大橋、江陰大橋等廈門(mén)海滄大橋、江陰大橋等) )在運(yùn)營(yíng)幾年后就在運(yùn)營(yíng)幾年后就紛紛出現(xiàn)橋面鋪裝損壞的問(wèn)題。紛紛出現(xiàn)橋面鋪裝損壞的問(wèn)題。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU37橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)

30、常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 2.2 橋頭跳車橋頭跳車 橋梁運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，普遍存在臺(tái)橋梁運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，普遍存在臺(tái)后填土下沉的現(xiàn)象，使橋頭跳車成為一后填土下沉的現(xiàn)象，使橋頭跳車成為一種常見(jiàn)的病害。跳車產(chǎn)生的劇烈沖擊和種常見(jiàn)的病害。跳車產(chǎn)生的劇烈沖擊和振動(dòng)降低了行車的舒適性、增加了汽車振動(dòng)降低了行車的舒適性、增加了汽車的故障率，車輛對(duì)橋臺(tái)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的故障率，車輛對(duì)橋臺(tái)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的沖擊力，又會(huì)使跳車現(xiàn)象更加嚴(yán)重，的沖擊力，又會(huì)使跳車現(xiàn)象更加嚴(yán)重，并影響橋梁的耐久性與使用壽命。并影響橋梁的耐久性與使用壽命。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU38橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久

31、性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 2.3 混凝土開(kāi)裂混凝土開(kāi)裂 在混凝土橋梁中，梁體開(kāi)裂是一種影響在混凝土橋梁中，梁體開(kāi)裂是一種影響耐久性的較為普遍的現(xiàn)象?；炷亮芽p按開(kāi)耐久性的較為普遍的現(xiàn)象。混凝土裂縫按開(kāi)裂部位可分為：主梁頂、底板開(kāi)裂，腹板開(kāi)裂部位可分為：主梁頂、底板開(kāi)裂，腹板開(kāi)裂，齒板開(kāi)裂，預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)域開(kāi)裂等。按裂，齒板開(kāi)裂，預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)域開(kāi)裂等。按成因可分為結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。成因可分為結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。結(jié)構(gòu)裂結(jié)構(gòu)裂縫是指混凝土所受拉應(yīng)變超過(guò)極限應(yīng)變而出縫是指混凝土所受拉應(yīng)變超過(guò)極限應(yīng)變而出現(xiàn)的開(kāi)裂現(xiàn)象，它的寬度可隨著荷載的變化現(xiàn)的開(kāi)裂現(xiàn)象，它的寬度可隨著荷載的變化而變化。

32、而變化。非結(jié)構(gòu)裂縫一般是指由于變形受到非結(jié)構(gòu)裂縫一般是指由于變形受到約束而出現(xiàn)的開(kāi)裂現(xiàn)象。約束而出現(xiàn)的開(kāi)裂現(xiàn)象。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU39橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 混凝土結(jié)構(gòu)中非結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因一般混凝土結(jié)構(gòu)中非結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因一般有：有： l) l) 構(gòu)造處理不當(dāng)造成的混凝土裂縫；構(gòu)造處理不當(dāng)造成的混凝土裂縫； 2) 2) 混凝土的干縮引起的裂縫；混凝土的干縮引起的裂縫； 3) 3) 由于堿由于堿骨料反應(yīng)骨料反應(yīng)(AAR)(AAR)引起的裂縫；引起的裂縫； 4) 4) 由于外界溫度變化引起的裂縫；由

33、于外界溫度變化引起的裂縫； 5) 5) 由于鋼筋銹蝕引起的裂縫；由于鋼筋銹蝕引起的裂縫； 6) 6) 由于荷載作用引起的裂縫；由于荷載作用引起的裂縫； 7) 7) 太陽(yáng)輻射、混凝土老化、徐變及疲勞作用引太陽(yáng)輻射、混凝土老化、徐變及疲勞作用引起的裂縫。起的裂縫。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU40橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 由于其成因不同，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性影響也不同。由于其成因不同，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性影響也不同。第第l) l)種裂縫，由于其深度通常較淺，對(duì)耐久性的影種裂縫，由于其深度通常較淺，對(duì)耐久性的影響是可以忽略的；第響是可以忽

34、略的；第3) 3)種裂縫，在正常結(jié)構(gòu)中是不種裂縫，在正常結(jié)構(gòu)中是不允許的，屬于特殊問(wèn)題；第允許的，屬于特殊問(wèn)題；第5) 5)種裂縫的出現(xiàn)往往意種裂縫的出現(xiàn)往往意味著結(jié)構(gòu)混凝土耐久性失效；第味著結(jié)構(gòu)混凝土耐久性失效；第2) 2)、4) 4)、6) 6)和和7) 7)類裂類裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響一般容易被忽視?？p對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響一般容易被忽視。 混凝土裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生影響主要是因?yàn)榛炷亮芽p對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生影響主要是因?yàn)榱芽p增大了混凝土的滲透性，使空氣中的有害氣體裂縫增大了混凝土的滲透性，使空氣中的有害氣體或物質(zhì)容易滲入混凝土內(nèi)，致使鋼筋鈍化膜較早破或物質(zhì)容易滲入混凝土內(nèi)，致使鋼筋鈍化膜較早

35、破壞而產(chǎn)生銹蝕。壞而產(chǎn)生銹蝕。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU41橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 2.4 鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕 受力鋼筋的銹蝕將導(dǎo)致其有效截面的下降；銹受力鋼筋的銹蝕將導(dǎo)致其有效截面的下降；銹蝕后鋼筋的體積膨脹又會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂或表面混蝕后鋼筋的體積膨脹又會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂或表面混凝土成塊脫落，從而削弱構(gòu)件整個(gè)截面的面積；隨凝土成塊脫落，從而削弱構(gòu)件整個(gè)截面的面積；隨著鋼筋銹蝕程度的增大，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)著鋼筋銹蝕程度的增大，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力減小、共同作用受到損害，從而引起構(gòu)件承載力力減小、共同作用受到損害

36、，從而引起構(gòu)件承載力下降?；炷灵_(kāi)裂后又使原來(lái)處于混凝土保護(hù)層下下降。混凝土開(kāi)裂后又使原來(lái)處于混凝土保護(hù)層下的鋼筋暴露于空氣中，加快了鋼筋銹蝕的速度，造的鋼筋暴露于空氣中，加快了鋼筋銹蝕的速度，造成惡性循環(huán)。引起鋼筋銹蝕的兩個(gè)主要原因是混凝成惡性循環(huán)。引起鋼筋銹蝕的兩個(gè)主要原因是混凝土的碳化及氯離子的侵蝕。土的碳化及氯離子的侵蝕。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU42橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 (l)碳化碳化15 影響結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，其中混凝影響結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，其中混凝土碳化是一個(gè)重要的因素。通常情況下，早土碳化是一

37、個(gè)重要的因素。通常情況下，早期混凝土具有很高的堿性，其期混凝土具有很高的堿性，其pHpH值一般大于值一般大于12.512.5，在這樣高的堿性環(huán)境中埋置的鋼筋容，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。但當(dāng)化膜，能夠阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳和水汽從混凝土表面通過(guò)孔隙進(jìn)有二氧化碳和水汽從混凝土表面通過(guò)孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時(shí)，與混凝土材料中的堿性物入混凝土內(nèi)部時(shí)，與混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和，會(huì)導(dǎo)致混凝土的質(zhì)中和，會(huì)導(dǎo)致混凝土的pHpH值降低。值降低。 2022-3-24Renda ZH

38、AO, PhD. Prof. SWJTU43橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 當(dāng)混凝土完全碳化后，就出現(xiàn)當(dāng)混凝土完全碳化后，就出現(xiàn)pHpH 9 9的情況，在這種環(huán)境下，混凝土中埋置的情況，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，在其他的鋼筋表面鈍化膜被逐漸破壞，在其他條件具備的情況下，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕。條件具備的情況下，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、鋼筋銹蝕又將導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開(kāi)裂、鋼筋與混凝土之間粘結(jié)力破壞、鋼筋受鋼筋與混凝土之間粘結(jié)力破壞、鋼筋受力截面減少、結(jié)構(gòu)耐久性能降低等一系力截面減少、結(jié)構(gòu)耐久性能降低等一系列不良后果。列不良后果

39、。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU44橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 混凝土的碳化機(jī)理：混凝土的碳化機(jī)理：混凝土的基本組成成分是水泥、水、砂和石子，其中的水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)，生成的水化物自身具有強(qiáng)度(稱為水泥石)，同時(shí)將散粒狀的砂和石子粘結(jié)起來(lái)，成為一個(gè)堅(jiān)硬的整體。在混凝土的硬化過(guò)程中，約占水泥用量的三分之一將生成氫氧化鈣Ca(OH)2，此氫氧化鈣在硬化水泥漿體中結(jié)晶，或者在其空隙中以飽和水溶液的形式存在。因?yàn)闅溲趸}的飽和水溶液是pH值為12.6的堿性物質(zhì)，所以新鮮的混凝土呈堿性。2022-3-24Renda ZHAO, Ph

40、D. Prof. SWJTU45橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 然而，大氣中的二氧化碳卻時(shí)刻在向混凝土的內(nèi)部擴(kuò)散，與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生作用，生成碳酸鹽物質(zhì)，從而使水泥石原有的強(qiáng)堿性降低，pH值下降到8.5左右，這種現(xiàn)象就稱為混凝土的碳化（中性化）。這是混凝土中性化最常見(jiàn)的一種形式。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU46橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象混凝土碳化的主要化學(xué)反應(yīng)式為：CO2+H2O H2CO3 Ca(OH)2+H2CO3 CaCO3+2H2O2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Pr

41、of. SWJTU47橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 影響混凝土碳化的因素影響混凝土碳化的因素：混凝土的碳化是伴隨著CO2氣體向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，溶解于混凝土孔隙內(nèi)的水中，再與各水化產(chǎn)物發(fā)生碳化反應(yīng)這樣一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。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與混凝土成分的反應(yīng)性。而CO2氣體的擴(kuò)散速度又受混凝土本身的組織密實(shí)性、CO2氣體的濃度、環(huán)境濕度、試件的含水率等因素的影響。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU48橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 所以碳化反應(yīng)受混凝土內(nèi)孔溶液的組成

42、、水化產(chǎn)物的形態(tài)等因素的影響。這些影響因素可歸結(jié)為與混凝土自身相關(guān)的內(nèi)部因素和與環(huán)境相關(guān)的外界因素。對(duì)于服役結(jié)構(gòu)物來(lái)說(shuō)，由于其內(nèi)部因素已經(jīng)確定，因此影響其碳化速度的主要因素是外部因素，如CO2的濃度、環(huán)境溫度和濕度。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU49橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 快速碳化試驗(yàn)表明，CO2的濃度越高，且壓力越大，碳化深度越大，因?yàn)楦邼舛?，高壓力的CO2氣體能較快地向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，使碳化反應(yīng)迅速進(jìn)行。因此，在城市交通繁忙路段處的結(jié)構(gòu)物或CO2濃度較高的工業(yè)廠房往往碳化現(xiàn)象較嚴(yán)重。 另外，碳化較易發(fā)生在潮濕的環(huán)境

43、中，尤其是干濕交替的環(huán)境，因此南方的建筑物容易產(chǎn)生碳化現(xiàn)象，且隨著溫度的升高，混凝土的碳化加速。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU50橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 (2)氯離子的侵入氯離子的侵入 混凝土中的高堿性溶液對(duì)鋼筋起保護(hù)作用，而氯離子會(huì)通過(guò)擴(kuò)散和毛細(xì)作用進(jìn)入混凝土內(nèi)，當(dāng)溶入混凝土中的氯鹽含量達(dá)到混凝土重量的0.1%0.2%時(shí)，鋼筋開(kāi)始銹蝕；當(dāng)氯鹽含量超過(guò)1%后，鋼筋的銹蝕面積將急速增加。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU51橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 氯離子

44、導(dǎo)致鋼筋腐蝕需要有以下條件： l)鋼筋表面鈍化膜被破壞； 2)有充足的氧的供應(yīng)； 3)有適宜的濕度。 大量的工程實(shí)踐表明：干燥環(huán)境下的鋼筋不易腐蝕，潮濕或干濕交替環(huán)境下腐蝕發(fā)展較快，而長(zhǎng)期處于海水下的結(jié)構(gòu)，雖然氯離子濃度很大，但由于缺氧也不易腐蝕。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU52橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 2.5 橋梁附屬設(shè)施的病害橋梁附屬設(shè)施的病害 包括伸縮縫和支座等的病害。 (l)伸縮縫 伸縮縫設(shè)置在梁端相對(duì)薄弱的部位，受橋面溫度變化的影響和車輛荷載的作用頻繁地伸縮變形，極易損壞。伸縮縫損壞后，不僅影響行車的舒適性，而

45、且可能造成水的下滲，進(jìn)而導(dǎo)致橋梁主體結(jié)構(gòu)和支座的腐蝕及老化。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU53橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象橋梁結(jié)構(gòu)常見(jiàn)耐久性病害現(xiàn)象 (2)支座 活動(dòng)支座應(yīng)能保證上部主梁結(jié)構(gòu)的自由變形(轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)等)。當(dāng)有異物填充，或鋼板支座銹蝕、螺母松動(dòng)或螺栓脫落及橡膠支座出現(xiàn)老化時(shí)，上部主梁結(jié)構(gòu)可能會(huì)喪失自由伸縮的能力，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，可能引起開(kāi)裂等病害。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU54引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 3 引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁

46、結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 3.1 設(shè)計(jì)方面的因素設(shè)計(jì)方面的因素1 很多橋梁病害與施工質(zhì)量低劣有關(guān)，但在承認(rèn)施工存在問(wèn)題的同時(shí)，也不可否認(rèn)，在橋梁設(shè)計(jì)中還有許多可以改進(jìn)的地方。許多設(shè)計(jì)人員往往只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)以及從設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性。設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題從大的方面可以簡(jiǎn)單地歸納為：2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU55引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 (l)(l)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低 我國(guó)公路橋梁

47、荷載標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)過(guò)多次修改逐步提我國(guó)公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)過(guò)多次修改逐步提高的，隨著交通事業(yè)的發(fā)展，既有橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)高的，隨著交通事業(yè)的發(fā)展，既有橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)不能滿足當(dāng)前汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求，由此可能導(dǎo)致不能滿足當(dāng)前汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求，由此可能導(dǎo)致橋梁耐久性加速劣化，這種情況在世界各國(guó)都普遍橋梁耐久性加速劣化，這種情況在世界各國(guó)都普遍存在。此外，長(zhǎng)期以來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)及社會(huì)條件的限存在。此外，長(zhǎng)期以來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)及社會(huì)條件的限制，我國(guó)規(guī)范在橋梁性能及構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方面的要制，我國(guó)規(guī)范在橋梁性能及構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方面的要求一直較低，也在客觀上影響了橋梁的耐久性。求一直較低，也在客觀上影響了橋梁的耐久性。2022

48、-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU56引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 (2)(2)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造細(xì)節(jié)不合理結(jié)構(gòu)與構(gòu)造細(xì)節(jié)不合理 在國(guó)內(nèi)橋梁總體設(shè)計(jì)方案的比選過(guò)程中，一般在國(guó)內(nèi)橋梁總體設(shè)計(jì)方案的比選過(guò)程中，一般由地質(zhì)條件、施工方法、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素來(lái)決定方由地質(zhì)條件、施工方法、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素來(lái)決定方案的取舍，而很少?gòu)哪途眯缘慕嵌葋?lái)進(jìn)行分析和評(píng)案的取舍，而很少?gòu)哪途眯缘慕嵌葋?lái)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。價(jià)。例如采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)支或連續(xù)，例如采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)支或連續(xù)，T T型梁或箱梁以及跨徑比例、斷面尺寸的擬定等

49、眾多結(jié)構(gòu)與型梁或箱梁以及跨徑比例、斷面尺寸的擬定等眾多結(jié)構(gòu)與構(gòu)造問(wèn)題，不但影響經(jīng)濟(jì)性，對(duì)橋梁的耐久性能也有很大影構(gòu)造問(wèn)題，不但影響經(jīng)濟(jì)性，對(duì)橋梁的耐久性能也有很大影響；評(píng)價(jià)指標(biāo)的缺失，可能導(dǎo)致中選方案的結(jié)構(gòu)耐久性能不響；評(píng)價(jià)指標(biāo)的缺失，可能導(dǎo)致中選方案的結(jié)構(gòu)耐久性能不足，為運(yùn)營(yíng)后橋梁出現(xiàn)病害埋下了病根。有的結(jié)構(gòu)整體性和足，為運(yùn)營(yíng)后橋梁出現(xiàn)病害埋下了病根。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性?。挥械挠?jì)算圖式和受力路徑不明確，造延性不足，冗余性小；有的計(jì)算圖式和受力路徑不明確，造成局部受力過(guò)大；有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低、保護(hù)層厚度過(guò)成局部受力過(guò)大；有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)過(guò)低、保護(hù)層厚度過(guò)小、鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)

50、件截面過(guò)薄；這些都會(huì)削弱結(jié)構(gòu)耐久小、鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)件截面過(guò)薄；這些都會(huì)削弱結(jié)構(gòu)耐久性，增加橋梁的病害。性，增加橋梁的病害。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU57引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 吳海軍總結(jié)的混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)原吳海軍總結(jié)的混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)原則與構(gòu)造措施則與構(gòu)造措施1010： 1) 1)力線平滑、應(yīng)力均勻流暢的原則；力線平滑、應(yīng)力均勻流暢的原則； 2) 2)結(jié)構(gòu)應(yīng)保證整體性、連續(xù)性和冗余性；結(jié)構(gòu)應(yīng)保證整體性、連續(xù)性和冗余性； 3) 3)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有可檢性、可修性和可替換性；結(jié)構(gòu)應(yīng)具有可檢性、可修性和

51、可替換性； 4) 4)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的防水能力；結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的防水能力； 5) 5)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證可施工性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證可施工性。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU58引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 (3)(3)計(jì)算的因素計(jì)算的因素 l) l)在橋梁設(shè)計(jì)和計(jì)算過(guò)程中，未充分考慮混凝土徐變、在橋梁設(shè)計(jì)和計(jì)算過(guò)程中，未充分考慮混凝土徐變、收縮及溫度應(yīng)力等非荷載因素的影響；收縮及溫度應(yīng)力等非荷載因素的影響； 2) 2)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析時(shí)，過(guò)度強(qiáng)調(diào)局部性單元?jiǎng)澐衷谶M(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析時(shí)，過(guò)度強(qiáng)調(diào)局部性單元?jiǎng)澐值木?xì)化，

52、對(duì)結(jié)構(gòu)邊界約束、銜接條件和傳力路徑等全局性的精細(xì)化，對(duì)結(jié)構(gòu)邊界約束、銜接條件和傳力路徑等全局性問(wèn)題認(rèn)識(shí)不夠；問(wèn)題認(rèn)識(shí)不夠； 3) 3)就施工方法、施工順序和施工荷載對(duì)結(jié)構(gòu)成橋性能的就施工方法、施工順序和施工荷載對(duì)結(jié)構(gòu)成橋性能的影響重視不夠；影響重視不夠； 4) 4)在構(gòu)件的特殊部位，如構(gòu)件的角隅處、預(yù)應(yīng)力鋼筋的在構(gòu)件的特殊部位，如構(gòu)件的角隅處、預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固處，在局部應(yīng)力傳遞與分布的影響下，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力突變，錨固處，在局部應(yīng)力傳遞與分布的影響下，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力突變，由于計(jì)算手段和理論的局限，往往出現(xiàn)構(gòu)造配筋布置不足或由于計(jì)算手段和理論的局限，往往出現(xiàn)構(gòu)造配筋布置不足或不當(dāng)?shù)膯?wèn)題。不當(dāng)?shù)膯?wèn)題。202

53、2-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU59引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 3.2 施工和管理的因素施工和管理的因素1 (l)施工質(zhì)量低施工質(zhì)量低 大量的橋梁在遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期使用壽命時(shí)，出大量的橋梁在遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到預(yù)期使用壽命時(shí)，出現(xiàn)了影響正常使用的病害與劣化。特別是一些橋梁現(xiàn)了影響正常使用的病害與劣化。特別是一些橋梁在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的耐在只使用了幾年、甚至剛建成不久就出現(xiàn)嚴(yán)重的耐久性不足的問(wèn)題，這與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)系，久性不足的問(wèn)題，這與施工質(zhì)量低下有重要關(guān)系，典型的問(wèn)題有鋼筋保護(hù)層不足及目前廣泛存在于

54、施典型的問(wèn)題有鋼筋保護(hù)層不足及目前廣泛存在于施工現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)重的構(gòu)件開(kāi)裂問(wèn)題。這些施工上的缺陷工現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)重的構(gòu)件開(kāi)裂問(wèn)題。這些施工上的缺陷雖然短期不會(huì)對(duì)橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，雖然短期不會(huì)對(duì)橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。但卻會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU60引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 主要問(wèn)題有：主要問(wèn)題有： l) l)材料質(zhì)量控制的問(wèn)題；材料質(zhì)量控制的問(wèn)題； 2) 2)預(yù)應(yīng)力材料防護(hù)問(wèn)題；預(yù)應(yīng)力材料防護(hù)問(wèn)題； 3) 3)壓

55、漿不及時(shí)或操作不合理；壓漿不及時(shí)或操作不合理； 4) 4)張拉力不足，張拉程序不合理；張拉力不足，張拉程序不合理； 5) 5)錨頭防護(hù)不夠；錨頭防護(hù)不夠； 6) 6)施工縫處理不當(dāng)?shù)取Ｊ┕たp處理不當(dāng)?shù)取?022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU61引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析(2)(2)管理制度欠完善管理制度欠完善 l)l)只注重建設(shè)初期的成本，而忽視橋梁只注重建設(shè)初期的成本，而忽視橋梁從規(guī)劃、建設(shè)到運(yùn)營(yíng)、破壞整個(gè)壽命周期的從規(guī)劃、建設(shè)到運(yùn)營(yíng)、破壞整個(gè)壽命周期的總體成本。國(guó)內(nèi)橋梁工程招投標(biāo)中經(jīng)常是報(bào)總體成本。國(guó)內(nèi)橋梁工程招

56、投標(biāo)中經(jīng)常是報(bào)價(jià)越低，得分越高，中標(biāo)的希望越大。價(jià)越低，得分越高，中標(biāo)的希望越大。 2)2)對(duì)工期的不合理要求。對(duì)工期的不合理要求。 3)3)工程移交方式不夠合理。工程移交方式不夠合理。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU62引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析3.3 3.3 使用的因素使用的因素(l)汽車超載運(yùn)行汽車超載運(yùn)行1 汽車超載主要有三種情況：其一是早期汽車超載主要有三種情況：其一是早期修建的老橋超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng)；其二是橋梁通行修建的老橋超齡負(fù)載運(yùn)營(yíng)；其二是橋梁通行的車流量超過(guò)原設(shè)計(jì)預(yù)期；其三是車輛違規(guī)的車流量超過(guò)原設(shè)

57、計(jì)預(yù)期；其三是車輛違規(guī)超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設(shè)計(jì)荷載的超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設(shè)計(jì)荷載的變化和交通量的增加所導(dǎo)致；后者是車輛使變化和交通量的增加所導(dǎo)致；后者是車輛使用者違法超載營(yíng)運(yùn)，后兩種超載現(xiàn)象在我國(guó)用者違法超載營(yíng)運(yùn)，后兩種超載現(xiàn)象在我國(guó)公路交通運(yùn)輸中較為普遍。公路交通運(yùn)輸中較為普遍。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU63引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 一方面，橋梁的超載使用可能引發(fā)一方面，橋梁的超載使用可能引發(fā)疲勞問(wèn)題。超載會(huì)使橋梁疲勞應(yīng)力幅度疲勞問(wèn)題。超載會(huì)使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇，甚至?xí)霈F(xiàn)

58、一些由超加大、損傷加劇，甚至?xí)霈F(xiàn)一些由超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，由載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面，由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使橋梁在此后正常荷載下的工作狀態(tài)將使橋梁在此后正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。和耐久性。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU64引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 例如，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁一直被認(rèn)為具有足夠的耐久性，但在汽車超載作用下，可能發(fā)生開(kāi)裂；裂縫即使在荷載卸除后能夠閉合，但

59、由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部已經(jīng)受到損傷，構(gòu)件的開(kāi)裂彎矩降低、剛度下降；于是在正常使用荷載作用下，本來(lái)不該開(kāi)裂的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或本來(lái)較小的裂縫成為超出規(guī)范允許的裂縫或產(chǎn)生較大的變形吳海軍，2002。這些都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期的使用性能和耐久性產(chǎn)生不利的影響。因此，除了交管部門(mén)要加強(qiáng)管理外，也需要對(duì)超載帶來(lái)的后果進(jìn)行研究、分析。 2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU65引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素及分析 (2) (2)其他因素其他因素 其他對(duì)橋梁造成的危害的因素包括風(fēng)雨侵襲及自然環(huán)境作用、受到意外強(qiáng)烈沖擊、溫度的變化導(dǎo)致的內(nèi)力及應(yīng)力重分布、地震、洪水

60、等自然災(zāi)害等；又如橋上車輛擁堵使得擁堵車輛荷載效應(yīng)大于設(shè)計(jì)車輛活載效應(yīng)，從而影響橋梁的安全性和耐久性2；北方城市橋梁除冰鹽對(duì)橋梁耐久性產(chǎn)生不利影響3。 橋梁的耐久性病害和原因并不完全是一一對(duì)應(yīng)的，往往一個(gè)因素是誘發(fā)病害的主要起因，其他因素則加速或促進(jìn)病害的發(fā)展。2022-3-24Renda ZHAO, PhD. Prof. SWJTU66提高結(jié)構(gòu)耐久性的措施提高結(jié)構(gòu)耐久性的措施4 提高結(jié)構(gòu)耐久性的措施提高結(jié)構(gòu)耐久性的措施44.1 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量提高設(shè)計(jì)質(zhì)量 設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。貫設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。貫徹全壽命設(shè)計(jì)思想。徹全壽命設(shè)計(jì)思想。4.2 建立橋梁工程耐久性評(píng)估體系建