橋梁裂縫分析演示文稿

橋梁裂縫分析演示文稿目前一頁\總數八十六頁\編于二十二點橋梁裂縫分析目前二頁\總數八十六頁\編于二十二點

混凝土橋梁病害的主要表現形式：1、

裂縫2、

變形（變位）實踐表明，混凝土結構的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現裂縫，裂縫是反映混凝土結構病害的晴雨表。所以，對混凝土結構的損傷檢測，首先應從對結構的裂縫調查、檢測與分析入手。目前三頁\總數八十六頁\編于二十二點

引起裂縫的原因很多，但可歸納為兩大類：第一類：由外荷載引起的裂縫，稱為結構性裂縫（又稱為受力裂縫），其裂縫的分布及寬度與外荷載有關。這種裂縫的出現，預示結構承載力可能不足或存在其他嚴重問題。第二類：由不均勻變形引起的裂縫，稱為非結構性裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的結構變形受到限制時，在結構內部就會產生拉應力，當此應力達到混凝土抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫，裂縫一旦出現，變形得到釋放，拉應力也就消失了。目前四頁\總數八十六頁\編于二十二點

非荷載裂縫一、

混凝土收縮裂縫在混凝土凝固過程中，由于多余水分蒸發(fā)，引起的混凝土體積縮小。同時，水泥與水起水化作用逐漸硬化而形成的水泥骨架不斷緊密，引起的混凝土體積縮小?；炷脸尚魏螅砻嫠菡舭l(fā)，這種水份蒸發(fā)總是由表及里逐步發(fā)展，截面內外溫度不等，內外收縮量不一樣?；炷帘砻媸湛s變形受到混凝土內部約束或其他約束限制時，即在混凝土中產生拉應力，引起混凝土開裂。目前五頁\總數八十六頁\編于二十二點

1）砼構件表面收縮龜裂養(yǎng)護不當，表層失水、干縮所造成。這類裂縫一般不深，多數深度不超過鋼筋保護層厚度。目前六頁\總數八十六頁\編于二十二點

2）墩臺混凝土的豎向收縮裂縫①在巖石基礎上澆筑的墩臺混凝土，混凝土墩身要收縮，巖石基礎不收縮，巖石基礎阻止墩身砼收縮而在橫向產生拉應力，產生豎向裂縫，這類墩身、臺身的豎向裂縫為下寬上細，當臺身較厚，由于表層收縮大、內部收縮小，因此顯示表層裂縫寬些、內部裂縫細些，一般不貫通。目前七頁\總數八十六頁\編于二十二點②在先澆筑好的砼承臺上再澆筑薄壁砼墻身。由于砼齡期差異，收縮差導致裂縫。由于墻體薄，故裂縫貫通。目前八頁\總數八十六頁\編于二十二點3)預制T梁由于鋼模拆除不及時，造成腹板豎向裂縫。目前九頁\總數八十六頁\編于二十二點4）

老橋混凝土腹板的碳化收縮現象如蘇式T梁腹板經常發(fā)現棗核形裂縫，即二端細，中間粗。裂縫下端細是由于下緣配筋量大，裂縫上端由于逐漸上伸到受壓區(qū)而消失。裂縫中間粗有二個原因：一是腹板水平鋼筋少；二是在原有裂縫基礎上，由于碳化收縮而使裂縫寬度增寬。蘇式T梁裂縫目前十頁\總數八十六頁\編于二十二點5）

預制構件拼裝濕接頭收縮裂縫的危害（1）拱片之間的橫系梁、橫隔板的濕接頭產生收縮裂縫后，大大減弱橋梁橫向整體性。目前十一頁\總數八十六頁\編于二十二點

圖6剛架拱橫隔板濕接頭收縮裂縫目前十二頁\總數八十六頁\編于二十二點①造成拱片頂部橋面順橋向裂縫。剛架拱橋面縱向裂縫②

荷載橫向分布集中，降低承載能力。③產生橫向搖擺。目前十三頁\總數八十六頁\編于二十二點

（2）空心板梁鉸縫砼收縮產生縫隙后，當橋面鋪裝鋼筋配筋率低時，易造成橋面沿梁長產生順橋向裂縫，降低橫橋向整體性。6）空心板梁封頭板砂漿收縮裂縫引起滲水，使空腔內聚積大量水。目前十四頁\總數八十六頁\編于二十二點

7）拱橋吊桿封錨砼因收縮裂縫滲水，通過錨頭孔隙流水，導致鋼束銹蝕。吊桿頂端封錨砼周邊收縮裂縫目前十五頁\總數八十六頁\編于二十二點拱橋吊桿頂端封錨處有5cm厚積水目前十六頁\總數八十六頁\編于二十二點吊桿鋼管內部黃油由于鋼絲銹蝕物混合成咖啡渣狀并含水份目前十七頁\總數八十六頁\編于二十二點

二溫度裂縫溫度變形受到約束時，在混凝土內部就會產生拉應力，當此應力達到混凝土的抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫，這種裂縫稱為溫度裂縫。按結構的溫度場不同、溫度變形、溫度應力不同，溫度裂縫可分為三種類型：①截面均勻溫差裂縫當溫度急劇變化時，結構伸長受到約束，上部橋跨結構會出現截面均勻溫差裂縫，嚴重者還可能造成墩臺的破壞。②截面上、下溫差裂縫③截面內外溫差裂縫目前十八頁\總數八十六頁\編于二十二點

三、鋼筋銹蝕引起的裂縫

鋼筋銹蝕后，其體積將增大，從而脹裂砼保護層。

導致銹蝕的原因：

1混凝土的碳化

一般情況下混凝土呈堿性，在鋼筋表面形成堿性薄膜，保護鋼筋免遭酸性介質的侵蝕，起到了“鈍化”保護作用。碳化的實質是混凝土的中性化，使混凝土的堿性降低，鈍化膜破壞，在水分和其它有害介質侵入的情況下，鋼筋就會發(fā)生銹蝕。目前十九頁\總數八十六頁\編于二十二點2氯離子的侵蝕

氯離子對混凝土的侵蝕是氯離子從外界環(huán)境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯離子的主要來源，北方寒冷地區(qū)冬季道路

、橋面撒鹽化雪除冰都有可能使氯離子滲入混凝土中。氯離子對混凝土的侵蝕屬于化學侵蝕，對結構的危害是多方面的，但最終表現為鋼筋的銹蝕。

目前二十頁\總數八十六頁\編于二十二點箱體腹板和頂板鋼筋大面積銹蝕而崩裂混凝土保護層a腹板鋼筋銹蝕崩裂混凝土表面目前二十一頁\總數八十六頁\編于二十二點b箱內頂板鋼筋銹蝕成片頂裂混凝土保護層箱內腹板和頂板鋼筋銹蝕裂縫目前二十二頁\總數八十六頁\編于二十二點

鋼筋銹蝕的危害

1、

粘結力減弱，降低承載能力

2、

鋼筋截面減小，降低承載能力

3、

鋼筋銹蝕后易產生應力集中，增加脆性

4、

預加應力鋼筋銹蝕后，在高應力作用下會加快銹蝕，即所謂應力腐蝕現象。

5）

維修加固方法1、銹蝕鋼筋徹底除銹，補焊鋼筋，彌補鋼筋銹損，然后用砼包裹保護。2、銹蝕鋼筋，徹底除銹，砼補強，外粘貼鋼板或碳纖維布，補充鋼筋截面損失。3、保護層混凝土已全面碳化，不防銹，采取封閉砼毛細孔，隔離水及腐蝕性物質，防止鋼筋繼續(xù)銹蝕。

4、滲入阻銹劑，防止鋼筋銹蝕。

目前二十三頁\總數八十六頁\編于二十二點四、骨料膨脹引起的裂縫堿—骨料反應一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發(fā)生反應，生成堿—硅酸鹽凝膠，并吸水產生膨脹壓力，造成混凝土開裂。堿—骨料反應一旦發(fā)生，很難加以控制，一般不到兩年就會使結構出現明顯開裂。堿—骨料反應破壞的最重要特征之一是混凝土表面開裂，裂縫的形態(tài)與結構中鋼筋形成的限制和約束狀態(tài)有關：鋼筋限制、約束力強的混凝土形成順筋裂縫；鋼筋限制約束作用弱的混凝土形成網狀或地圖狀裂縫，在裂縫處有白色凝膠物滲出。堿—骨料反應裂縫與其他原因裂縫的主要區(qū)別是：目前二十四頁\總數八十六頁\編于二十二點①堿—骨料反應引起混凝土局部膨脹，裂縫的兩個邊緣出現不平狀態(tài)（錯臺）；是堿骨料反應裂縫的特有現象；②堿—骨料反應與環(huán)境濕度有關，在同一工程中潮濕部位出現裂縫，而干燥部位卻安然無恙，是堿—骨料反應裂縫區(qū)別與其他原因裂縫的外觀特征差別之一。③從裂縫出現的時間來判斷，堿—骨料反應裂縫出現的時間較晚，多在施工后5~10年內出現，而混凝土收縮裂縫出現的時間較早，一般在施工后若干天內出現。目前二十五頁\總數八十六頁\編于二十二點1、骨料膨脹病害立交橋端橫隔板由于堿骨料膨脹引起的裂縫立交橋實景目前二十六頁\總數八十六頁\編于二十二點.第七孔和第八孔之間伸縮縫西側第七孔端橫梁底裂縫目前二十七頁\總數八十六頁\編于二十二點第七孔端橫梁裂縫形態(tài)目前二十八頁\總數八十六頁\編于二十二點立交橋第八孔端橫梁底裂縫形態(tài)目前二十九頁\總數八十六頁\編于二十二點立交橋第七孔端橫梁鑿入內部發(fā)現堿骨料反映特征－變質輝綠巖外圈產生白色反應環(huán)目前三十頁\總數八十六頁\編于二十二點立交橋第七孔端橫梁內部層離狀裂縫形態(tài)目前三十一頁\總數八十六頁\編于二十二點

由該圖顯示該橫梁北端底面龜裂，在底面和側面用手指觸摸，可明顯感覺裂縫兩側有高差，表明一側“凸出”必然有膨脹源膨脹所致，經鑿除松散碎塊后可發(fā)現橫梁底粗鋼筋被向外頂彎彎曲，在橫梁頂部有一橫向裂縫，仔細用手觸摸，該縫可明顯感覺到裂縫下側相對于上側凸出10mm，這些均表明混凝土內部有多個膨脹源頂出所致。立交橋第七孔端橫梁鑿入內部發(fā)現變質巖碎石外圈產生白色反應環(huán)，這是明顯的彌漫性堿活性骨料所起化學反應的結果，白色反應環(huán)為堿活性骨料在堿和水的作用下產生的反應物，為吸潮膨脹物，由于堿活性骨料多（彌漫型），故其內部裂縫呈層離狀裂縫。骨料膨脹先引起端橫隔板與板底結合面裂縫后，由于伸縮縫處漏水不斷，導致端橫隔板箍筋在該裂縫處全銹斷，這也是先裂后銹的主要表現。

目前三十二頁\總數八十六頁\編于二十二點2、上海內環(huán)線高架道路空心板梁骨料膨脹病害上海內環(huán)線高架道路黃興路1121～1123墩之間二孔跨徑為22m的先張法預應力空心板梁于2000年發(fā)現梁底多處產生混凝土保護層崩裂和崩落，目前三十三頁\總數八十六頁\編于二十二點

幸好未傷人。圖20－a~d為空心板底崩裂裂縫和崩落后可見白色及姜黃色石子圖20－a目前三十四頁\總數八十六頁\編于二十二點圖20－b目前三十五頁\總數八十六頁\編于二十二點圖20－c目前三十六頁\總數八十六頁\編于二十二點圖20－d目前三十七頁\總數八十六頁\編于二十二點圖21－a為空心板梁梁底因骨料膨脹而產生沖剪裂縫形態(tài)，放射形裂縫交點內部有一膨脹源（膨脹骨料）

圖21－a目前三十八頁\總數八十六頁\編于二十二點圖21－b為空心板梁底因骨料膨脹的沖剪裂縫一側凸，有高差，表明被脹出

圖21－b目前三十九頁\總數八十六頁\編于二十二點圖21－c為空心板梁底因骨料膨脹的被沖剪部分的錐狀體鑿除后，可見潮濕姜黃色石子膨脹骨料－膨脹源（直徑約11cm）圖21－c目前四十頁\總數八十六頁\編于二十二點圖21－d上述膨脹骨料膨脹，不僅把混凝土脹裂，還把鋼筋脹彎

圖21－d目前四十一頁\總數八十六頁\編于二十二點圖21－e空心板梁底骨料膨脹崩落混凝土錐體

圖21－e黃興路內環(huán)線高架空心板梁底骨料膨脹崩落混凝土錐體目前四十二頁\總數八十六頁\編于二十二點

圖22-e目前四十三頁\總數八十六頁\編于二十二點

圖22-f目前四十四頁\總數八十六頁\編于二十二點圖22-g目前四十五頁\總數八十六頁\編于二十二點4、嘉定唐華路新涇橋橋墩骨料膨脹病害該橋為一座三孔空心板簡支梁橋（圖23－a），二端橋臺為樁基重力式，中間二橋墩為雙排樁樁基，橋墩承臺高為0.8m，寬為1.7m，其上為三根圓形立柱和蓋梁組成墩身，該橋主要病害是橋墩有嚴重裂縫，具體如下：1）該橋唐行方向橋墩承臺有嚴重裂縫（圖23－b），最大裂縫寬度達30mm以上，裂縫特征為：（1）裂縫兩側有明顯高差，最大高差可達幾厘米，圖23－c為承臺園端環(huán)向裂縫，裂縫右側頂面混凝土高出裂縫左側混凝土30mm以上。圖23－d為承臺靠唐行方向一側的邊緣裂縫頂面部分混凝土高出側面40mm以上。目前四十六頁\總數八十六頁\編于二十二點圖23-b目前四十七頁\總數八十六頁\編于二十二點圖23-c目前四十八頁\總數八十六頁\編于二十二點圖23-d目前四十九頁\總數八十六頁\編于二十二點（2）承臺頂面混凝土有放射狀裂縫（圖23－e）和龜紋狀裂縫（圖23－f）。圖23-e目前五十頁\總數八十六頁\編于二十二點圖23-f目前五十一頁\總數八十六頁\編于二十二點(3)裂縫呈層離狀，用錘敲擊混凝土頂面及側面，有明顯起殼聲，這種剝離層厚度達150mm以上（圖23－g）。

圖23-g目前五十二頁\總數八十六頁\編于二十二點（4）

承臺底部和四周在水下，無法觀察，只能用手支摸，發(fā)現其裂縫形態(tài)與頂部相同，由此可知，該承臺上、下和四周已全面層離起殼。3、

唐行方向橋墩立柱上端也有局部放射狀及龜裂狀裂縫，下端有多條豎向裂縫，長度約為40～50cm。4、

病害原因(1)根據承臺裂縫二側有高差，多處呈放射形及龜紋裂縫的特征，可以判斷為粗骨料膨脹所引起，通過局部打開層離裂縫部位，可見骨料表面附著一層白色粉汗水沫（圖23－h(huán)）或白色漿狀物質，這是一種反應物，正是這種反應特的膨脹，是造成承臺嚴重裂縫的根本原因，目前五十三頁\總數八十六頁\編于二十二點

圖23-h目前五十四頁\總數八十六頁\編于二十二點（二）骨料膨脹病害種類及產生條件1、骨料膨脹病害有二類：第一類：“堿骨料反應”引起骨料膨脹，破壞砼。

第二類：含有氧化鎂骨料、硫酸鹽骨料或生石灰緩慢水化膨脹而破壞混凝土。這類病害的進展是由表及里的，這是與外界潮氣由表面通過毛細孔逐漸滲入有關。

2、其中發(fā)生所謂“堿骨料反應”產生的條件有三點：1）混凝土骨料中含有一定量的堿活性二氧化硅，例白云石、蛋白石、玻璃質二氧化硅，結晶不完整的二氧化硅礦物等，當含量大于5％時，對混凝土構件可能會產生損害。目前五十五頁\總數八十六頁\編于二十二點

2）混凝土中堿含量超過一定量（一般控制在3kg/m3之內）。

3）水前二點是發(fā)生“堿骨料反應”的必要條件，后一點水是充分條件。對于第二類骨料膨脹的充分條件也是水，它們膨脹后體積可達原體積的2～4倍，相當可觀。

一般產生這類病害是在結構竣工數年（一般在五年后）后發(fā)生，例杭州清泰門立交橋橫梁病害是建成后7年左右被發(fā)現，內環(huán)線高架發(fā)現該類病害為竣工后6年被發(fā)現。

（三）危害性這類材料自損現象危害很大，當在一處首先發(fā)現目前五十六頁\總數八十六頁\編于二十二點發(fā)現這類病害時，應把它當作一個信號，很可能在其它部位也會相繼出現。骨料膨脹病害的危害性：1、

骨料膨脹裂縫后使截面削弱。2、

裂縫處易滲水，銹蝕鋼筋（杭州清泰門立交橋橫梁頂部箍筋全部銹斷）3、

受壓區(qū)因骨料膨脹而損壞，達到一定程度后，可能會出現突然破壞。4、梁端因骨料膨脹而損壞，有可能產生斜壓破壞形態(tài)。綜上所述，對骨料膨脹病害必須予以重視，應該在施工前，對骨料進行檢驗，目前五十七頁\總數八十六頁\編于二十二點

對水泥及添加劑的堿含量加以控制，做好防水隔離。對于已建結構，必須發(fā)現一處及時進行有效修補一處，同時作好砼毛細孔封閉工作，隔絕水分或潮氣浸入，若發(fā)現已較嚴重，則應拆除重建。（四）骨料膨脹裂縫的辨別方法：膨脹骨料在構件淺層，一般呈網狀及放射形裂縫，裂縫交點處為膨脹骨料所在位置（圖24）。目前五十八頁\總數八十六頁\編于二十二點

a立面圖目前五十九頁\總數八十六頁\編于二十二點b平面圖圖24骨料膨脹剪錐體目前六十頁\總數八十六頁\編于二十二點2、當膨脹骨料在鋼筋背后，則骨料膨脹后，會把鋼筋頂彎，此時有可能產生順鋼筋裂縫，但其長度不長，同時可能出現砼被沖剪破裂，其裂縫為周邊一圈。

3、砼沖剪錐體邊緣裂縫的二側有高差。若內部膨脹骨料為彌漫性分布，其內部有可能產生層理狀千層餅似的裂縫（圖25）。圖25多顆膨脹源引起層離裂縫目前六十一頁\總數八十六頁\編于二十二點

5、與網狀收縮裂縫的區(qū)別有二點：一是收縮裂縫一般發(fā)生時間較早，多在施工后即發(fā)生，而骨料膨脹裂縫均在幾年之后發(fā)生；二是收縮裂縫二側無高差，而骨料膨脹裂縫二側有高差。（五）骨料膨脹類型判別由于骨料膨脹類型較多，這里從表面大致判別1、石子周圍有白色反應環(huán)者，多為堿活性骨料所產生。2、裂縫中滲出乳白色，黃褐色，咖啡色，甚致黑色的堿硅凝膠，用濕布不易擦掉，多為堿骨料反應。3、膨脹源呈白色粉團、姜黃色石子和多為含氧化鎂石子及生石灰吸潮膨脹所致。目前六十二頁\總數八十六頁\編于二十二點（六）處理方法1、在施工前，應該對骨料進行檢驗，對水泥及添加劑的堿含量加以控制，做好防水隔離，這是最好的預防措施。2、對于已建結構，必須發(fā)現一處應及時進行有效修補一處，同時作好混凝土毛細孔封閉工作，隔絕水分或潮氣浸入，以減緩病害發(fā)展速度。若發(fā)現病害已較嚴重維修加固已不經濟時，則應拆除重建。六、鋼管拱橋裂縫1、鋼管混凝土拱拱腳構造裂縫目前六十三頁\總數八十六頁\編于二十二點圖26-b目前六十四頁\總數八十六頁\編于二十二點圖27-a,27-b為賓王橋拱腳連接構造混凝土順拱向裂縫

圖27-a目前六十五頁\總數八十六頁\編于二十二點圖27-b目前六十六頁\總數八十六頁\編于二十二點產生這類裂縫的根本原因是由于鋼復拱的鋼管導熱系數高，而混凝土的導熱系數低，當在日照作用下，鋼管溫度比混凝土高，以致鋼管膨脹量比混凝土大，從而脹裂外包混凝土，雖然混凝土內部已布置了非常多的鋼筋，但效果甚少。

2、鋼管與核心混凝土粘結脫殼其主要原因是日照后，鋼筆鋼管溫度高于核心混凝土所產生。七、大體積混凝土水化熱引起的裂縫大體積混凝土澆筑過程中，由于水泥水化過程中會產生大量熱量，導致內外溫差而裂縫，一般在澆筑過程中，應采取措施控制內外溫差而裂縫，一般在澆筑過程中，目前六十七頁\總數八十六頁\編于二十二點荷載裂縫一、正截面裂縫（圖34）所謂正截面裂縫是指垂直于構件軸線的截面在正彎矩或負彎矩作用下產生的裂縫，這類裂縫一般垂直于構件軸線方向。圖34目前六十八頁\總數八十六頁\編于二十二點二、斜截面裂縫在梁端的剪力作用下，當主拉應力超過混凝土抗拉強度，即為產生斜截面裂縫（圖34），對于箱梁，在扭矩作用下，也會產生斜截面裂縫。一、

組合結構裂縫在裝配組合式結構中，往往由于結合面強度不足，并在結合面未予配筋而在結合面受剪較大處及結合面受拉較大處產生裂縫（圖35）。這類裂縫必須引起重視，由于結合面裂縫后，會造成截面承載能力極度降低，在作荷載試驗時，一般應該檢測截面整體性檢驗。目前六十九頁\總數八十六頁\編于二十二點

a肋板組合截面的結合面裂縫b結合面裂縫部位圖35結合面裂縫目前七十頁\總數八十六頁\編于二十二點

四、

預加應力不足引起裂縫預加應力不足，會導致混凝土結構提前出現裂縫，圖36為上海中山西路三號橋由于對箱梁剪滯效應估計不足，而導致預加應力不足而產生正截面裂縫。圖36上海中山西路三號橋由于預加應力不足引起箱梁底板下緣裂縫目前七十一頁\總數八十六頁\編于二十二點五、

預應力混凝土錨下應力集中引起裂縫由于預應梁在張拉時，若混凝土強度未達到一定要求，或錨下配置抗應力集中鋼筋不足時，就會出現距錨具一定距離產生順應力鋼筋方向的縱向裂縫。圖37－a為某橋預應力橫梁端部產生明顯的錨下應力集中裂縫。目前七十二頁\總數八十六頁\編于二十二點

圖37－b為錨下混凝土應力分布示意圖。由圖37－b可知在錨具處作用局部的集中力后，在錨具下一定范圍內是處于橫向受壓狀態(tài)，但過后即產生橫向受拉狀態(tài)，當其拉應力大于當時混凝土抗拉強度，即會沿預應方向裂縫。目前七十三頁\總數八十六頁\編于二十二點

六、

混凝土受壓裂縫鋼筋混凝土拱橋由于拱腳過大水平位移或船撞，往往引起拱腳下緣處于較高壓應力狀態(tài)，當壓應力超過其抗壓強度，就會產生沿受壓方向的裂縫而破壞。圖38為某剛架拱橋拱腳截面下緣混凝土產生受壓縱向裂縫形態(tài)，這種破壞形態(tài)類似于混凝土立方塊受壓破壞時的形態(tài)。目前七十四頁\總數八十六頁\編于二十二點

圖38如果受壓繼續(xù)加大，則下緣將全部壓碎，內部下緣鋼筋會產生壓屈現象，這在軟土地基上早期拱橋中是常見現象，如圖39示意圖。目前七十五頁\總數八十六頁\編于二十二點也有一些老橋，由于橋面板板底鋼筋銹蝕導致橋面板混凝土被脹裂崩落，使截面嚴重減弱而發(fā)生沖剪破壞，如上海四川路橋就發(fā)生這樣的事故。八、

橋面伸縮縫構造的損壞1、

板式橡膠伸縮縫往往由于螺母松掉而損壞。2、型鋼伸縮縫構造，由于橋面板端部無端橫隔板，使橋面板的抗彎剛度不足，而導致型鋼伸縮縫兩側錨固混凝土碎裂，圖41。目前七十六頁\總數八十六頁\編于二十二點

圖41目前七十七頁\總數八十六頁\編于二