某省高速公路橋梁伸縮縫損傷分析

某省高速公路橋梁伸縮縫損傷分析

這種收縮裂縫直接影響橋梁結(jié)構(gòu)，對(duì)車(chē)輪負(fù)荷的反復(fù)影響，長(zhǎng)期暴露在空氣中。使用環(huán)境相對(duì)較差。這是橋梁結(jié)構(gòu)最容易被破壞但最難修復(fù)的地方。它不僅給車(chē)輛的駕駛安全帶來(lái)了一定的隱患，而且還影響了橋梁本身的結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。目前中國(guó)尚沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)公路橋梁伸縮縫養(yǎng)護(hù)的行業(yè)規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),僅在JTGH11-2004《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》中對(duì)伸縮縫的病害進(jìn)行了定性描述。因此,對(duì)橋梁伸縮縫損傷程度的判斷受個(gè)人主觀因素的影響較為嚴(yán)重。而科學(xué)合理的、具有可操作性的養(yǎng)護(hù)對(duì)策應(yīng)基于對(duì)結(jié)構(gòu)損傷的正確評(píng)估,并應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的養(yǎng)護(hù)條件而確定。該文通過(guò)調(diào)研某省高速公路橋梁伸縮縫的使用情況,針對(duì)異形鋼單縫式伸縮縫和模數(shù)式伸縮縫,分析其常見(jiàn)的損傷類(lèi)別及產(chǎn)生的原因,并考慮高速公路的養(yǎng)護(hù)環(huán)境特點(diǎn),從一線養(yǎng)護(hù)人員的角度出發(fā)對(duì)伸縮縫的損傷等級(jí)進(jìn)行劃分,提出相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)對(duì)策,為高速公路橋梁伸縮縫更加科學(xué)、高效的養(yǎng)護(hù)工作奠定基礎(chǔ)。1高速公路伸縮縫損傷的主要類(lèi)型調(diào)研了某省高速公路橋梁管理系統(tǒng)中的23430條伸縮縫,其中異形鋼單縫式伸縮縫和模數(shù)式伸縮縫(圖1、2)占比超過(guò)了80%(表1),是目前最常使用的伸縮縫類(lèi)型。在調(diào)研的23430條伸縮縫中,出現(xiàn)損傷的伸縮縫共計(jì)13118條,損傷率達(dá)到了56%。以伸縮縫構(gòu)件系統(tǒng)為單位將高速公路伸縮縫損傷分為混凝土破損、橡膠條破損和型鋼變形或斷裂3種,當(dāng)然也存在部分?jǐn)?shù)據(jù)未標(biāo)明或記錄不清的病害,統(tǒng)一歸為不明病害類(lèi)型,具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。由表2可知:混凝土破損、橡膠條損壞、型鋼變形或斷裂是目前伸縮縫常見(jiàn)的三大損傷類(lèi)型。此外,針對(duì)模數(shù)式伸縮縫,尚存在型鋼間距不均勻、位移控制系統(tǒng)失效、支承系統(tǒng)失效等特有的損傷類(lèi)型。1.1新舊混凝土地下裂裂產(chǎn)生破壞針對(duì)異形鋼單縫式伸縮縫常見(jiàn)的損傷情況進(jìn)行了成因分析,結(jié)果如下:(1)橋臺(tái)與路基之間發(fā)生沉降或混凝土養(yǎng)護(hù)不到位、塌落度較大,均會(huì)引起伸縮縫安裝槽區(qū)后澆帶混凝土開(kāi)裂或裂縫。(2)舊混凝土接觸面未鑿毛或有灰塵未清理干凈,引起新舊混凝土之間開(kāi)裂。(3)伸縮縫異形鋼下脫空,導(dǎo)致伸縮縫型鋼和混凝土破壞。(4)由于尖銳物破壞而造成伸縮縫的橡膠條損傷。1.2中梁型鋼拉伸損傷模數(shù)式伸縮縫是目前應(yīng)用最為廣泛的伸縮結(jié)構(gòu),除了包含異形鋼單縫式伸縮縫的常見(jiàn)損傷外,還有一些其他特有的損傷類(lèi)型,具體如下:(1)伸縮縫位移箱底部脫空,容易造成結(jié)構(gòu)變形從而引起伸縮縫破壞。(2)伸縮縫的位移箱內(nèi)有混凝土進(jìn)入,容易影響伸縮縫的正常伸縮功能,從而造成結(jié)構(gòu)損傷。(3)伸縮縫的位移控制彈性元件損壞,包括:①位移量超過(guò)彈簧正常位移范圍;②彈簧自身力學(xué)性能不滿(mǎn)足要求;③伸縮縫組裝精度差;④連接螺栓松動(dòng)、沖擊加大,從而破壞彈簧。(4)中梁型鋼斷裂是目前高速公路橋梁伸縮縫中最普遍的損傷,產(chǎn)生的原因主要有:①中梁與支撐橫梁之間采用焊接時(shí),焊接質(zhì)量不滿(mǎn)足要求;②中梁與支撐橫梁之間采用螺栓連接時(shí),連接螺栓松動(dòng)或脫落,導(dǎo)致中梁型鋼沖擊較大,產(chǎn)生疲勞斷裂;③位移箱底部脫空,在車(chē)輛的頻繁沖擊作用下箱體底部變形,導(dǎo)致支撐橫梁和中梁下沉,引起型鋼斷裂;④位移箱內(nèi)的彈性支承元件脫落,導(dǎo)致支撐橫梁和中梁下沉,使得型鋼斷裂;⑤中梁型鋼采用焊接接長(zhǎng)時(shí),接頭位置焊接強(qiáng)度不足或接頭所處的位置不合理導(dǎo)致型鋼對(duì)接處焊縫疲勞破壞;⑥中梁型鋼自身的材質(zhì)存在缺陷,應(yīng)力集中產(chǎn)生疲勞破壞。2結(jié)構(gòu)正常運(yùn)營(yíng)的措施和技術(shù)保證橋梁伸縮縫正常運(yùn)營(yíng)高速公路橋梁伸縮縫損傷等級(jí)劃分是伸縮縫養(yǎng)護(hù)工作的基礎(chǔ),而及時(shí)到位的養(yǎng)護(hù)工作是延長(zhǎng)伸縮縫使用壽命和保證橋梁伸縮縫正常運(yùn)營(yíng)的重要措施。因此,為了延長(zhǎng)伸縮縫的使用壽命,針對(duì)量大面廣的異形鋼單縫式伸縮縫和模數(shù)式伸縮縫,從一線人員的可操作性和便捷性出發(fā),通過(guò)大量伸縮縫病害現(xiàn)狀調(diào)研、有限元分析,并結(jié)合多家單位伸縮縫養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn),對(duì)病害損傷等級(jí)進(jìn)行劃分,并根據(jù)劃分的損傷等級(jí)提出具體的養(yǎng)護(hù)維修措施。2.1種損傷類(lèi)型異形鋼單縫式伸縮縫主要有混凝土破損、橡膠條損壞和縫寬異常3種損傷類(lèi)型。為了更有效地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修,將這3種病害的損傷等級(jí)分別分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個(gè)等級(jí),并對(duì)其損傷程度進(jìn)行了相關(guān)描述,明確了相應(yīng)的檢測(cè)指標(biāo),在此基礎(chǔ)上提出養(yǎng)護(hù)措施和具體維修方法。(1)后澆帶混凝土。根據(jù)水質(zhì)進(jìn)行分通過(guò)跟蹤大量伸縮縫槽區(qū)后澆帶混凝土的病害,統(tǒng)計(jì)分析病害特點(diǎn)及發(fā)展規(guī)律,并結(jié)合病害對(duì)行車(chē)安全的影響,明確了后澆帶混凝土損傷等級(jí)的劃分方法及養(yǎng)護(hù)措施,詳見(jiàn)表3。(2)橡膠條防水密封橡膠條出現(xiàn)損傷后極易產(chǎn)生滲水引起伸縮縫內(nèi)部構(gòu)件銹蝕,從而導(dǎo)致伸縮縫失效。其損傷等級(jí)劃分方法及養(yǎng)護(hù)措施詳見(jiàn)表4。(3)混凝土伸縮縫伸縮縫的縫寬是為了適應(yīng)在外部荷載作用下橋梁結(jié)構(gòu)的伸縮變形而通過(guò)計(jì)算得到的。如果在伸縮縫設(shè)計(jì)選型時(shí)伸縮量計(jì)算不準(zhǔn)確,或在施工時(shí)未按照設(shè)計(jì)要求預(yù)留混凝土后澆帶寬度,均容易導(dǎo)致伸縮縫縫隙寬度過(guò)大或過(guò)小,縫隙過(guò)大會(huì)導(dǎo)致橡膠條撕裂,引起構(gòu)件銹蝕;縫隙過(guò)小或抵死,會(huì)導(dǎo)致混凝土破損甚至伸縮功能失效,更為嚴(yán)重的會(huì)引起梁體受損。其損傷等級(jí)劃分方法及養(yǎng)護(hù)措施見(jiàn)表5。2.2模數(shù)式伸縮縫由于結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的相似性,異形鋼單縫式所存在的后澆帶混凝土和防水密封橡膠條的病害損傷,模數(shù)式伸縮縫也同樣存在。除此之外,模數(shù)式伸縮縫還有其獨(dú)有的病害類(lèi)型,主要包括支撐系統(tǒng)損傷,位移控制系統(tǒng)失效和型鋼斷裂等。為了更加有效地養(yǎng)護(hù)和維修,將模數(shù)式伸縮縫的損傷進(jìn)行等級(jí)劃分,并提出相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策。(1)觀測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)損傷模數(shù)式伸縮縫支撐系統(tǒng)包含承壓支座和壓緊支座,使得中梁與橫梁相連接。支承系統(tǒng)出現(xiàn)損傷,嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致中梁出現(xiàn)較大的彎曲變形甚至斷裂,同時(shí)對(duì)行車(chē)安全的影響是最直接,也是最?lèi)毫拥摹Ｆ鋼p傷等級(jí)劃分方法及養(yǎng)護(hù)措施見(jiàn)表6。(2)位移控制系統(tǒng)模數(shù)式伸縮縫主要通過(guò)剪切彈簧進(jìn)行位移控制,剪切彈簧通過(guò)機(jī)械鉸鏈和壓緊彈簧進(jìn)行連接,一旦模數(shù)式伸縮縫位移系統(tǒng)出現(xiàn)損傷,容易引起剪切彈簧變形過(guò)大,機(jī)械鉸鏈脫落等,位移控制系統(tǒng)失效,即引起伸縮縫伸縮功能失效,導(dǎo)致整條伸縮縫失去伸縮功能。其損傷等級(jí)劃分方法及養(yǎng)護(hù)措施見(jiàn)表7。(3)中梁損傷是最嚴(yán)重的病害模數(shù)式伸縮縫相比于異形鋼單縫式伸縮縫,在兩根邊梁之間添加一個(gè)或多根中梁,來(lái)滿(mǎn)足較大跨徑橋梁的伸縮量。引起中梁病害的原因很多,位移控制系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)出現(xiàn)病害都會(huì)導(dǎo)致中梁出現(xiàn)彎曲,甚至斷裂。而中梁病害是模數(shù)式伸縮縫最為嚴(yán)重也是最典型的病害。因此通過(guò)中梁的檢測(cè)可以反映出模數(shù)式伸縮縫其他系統(tǒng)的健康情況。中梁的損傷等級(jí)劃分及養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策見(jiàn)表8。3高速公路伸縮縫養(yǎng)護(hù)對(duì)策通過(guò)調(diào)研某省高速公路伸縮縫的使用情況,分析伸縮縫常見(jiàn)的損傷類(lèi)別及其產(chǎn)生的原因,并考慮高速公路的養(yǎng)護(hù)環(huán)境特點(diǎn),從一線養(yǎng)護(hù)人員的角度出發(fā),并通過(guò)大量伸縮縫病害現(xiàn)狀調(diào)研、有限元分析,結(jié)合多家單位伸縮縫養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn),對(duì)伸縮縫的損傷等級(jí)進(jìn)行了劃分,并提出了相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)對(duì)策,主要結(jié)論如下:(1)目前,高速公路橋梁普遍采用的伸縮縫種類(lèi)為異形鋼單縫式和模數(shù)式兩種類(lèi)型;而混凝土破損、橡膠條損壞和異形鋼變形或斷裂是