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1、桥梁常见病害及对策桥梁常见病害及对策 主讲主讲 单成林单成林 教授 13922799477 土木与交通学院土木与交通学院 1.1前言 桥梁检测中有待解决的主要问题 预应力砼结构控制截面处各材料的有效预应力现场测定； 砼中钢筋锈蚀情况的现场量化测定； 砼中多层钢筋的大小及位置的现场测定等。 桥梁检测中有待完善的主要问题 砼强度的现场测定； 拉索、吊杆、缆索的索力现场测定； 其它已有检测，如裂缝、炭化、有害物质含量、 变形等的准确、快速、轻便化等。 桥梁评价中有待完善的主要问题 如何根据桥梁检测的结果对其进行评价是一项较复杂的工作，目 前国内有两个部门颁发的规范：一是交通部门的公路桥涵养护规 范，
2、二是建设部的城市桥梁养护技术规范，这两部规范的评价 方法思路大体一样，但后者的量化程度高些，但都存在一定的人为因 素，当桥梁所处的状况等级可上也可下时，往往不同人会评价出不同 的结果，一般相差一个等级，极少数有相差两个等级的。因此如何进 一步量化指标，减少人为因素仍是今后要做的工作。 桥梁上部结构常见病害、成因 及可选的加固方法 1.2 钢筋混凝土及预应力混凝土简支板桥 简支板桥是小跨径桥梁常用的结构型式，钢筋混凝土 板桥的跨径常为513米，有空心板和实心板，施工方法 有预制装配和整体现浇。预应力板桥的跨径常为1020米， 一般为空心板，预制装配的较多。 1） 钢筋混凝土整体现浇简支板桥 常见
3、的病害有： （1）跨中附近板底由下而上的竖向裂缝，一般有多条，静态裂缝宽度有 可能超过规范限制值，图1.2-1，有时还伴随着跨中下挠，表明抗弯 能力已不足； 图1.2-1 整体式板桥跨中竖向裂缝 （2）跨中附近板底纵向裂缝，一般也可能有多条，有的静态裂缝宽度也 会超过规范要求，图1.2-2。这很可能是设计图采用了预制装配的标 准图配筋，施工时却改用现浇，将单向板变成整体式双向板，改变了 板的受力方式，导致板底横向配筋严重不足，在横向弯矩作用下，引 起板底产生纵向裂缝。 图1.2-2 整体式板桥跨中段板底纵向裂缝 2）钢筋混凝土及预应力混凝土预制装配简支板桥 常见的病害有： （1） 装配式简支板
4、可有桥面铰接缝处出现纵向裂缝，这主要是铰接缝 施工质量差，造成各板块的整体性连接差； （2）也可有支座脱空现象产生，由于每块板的两端各有2个支座，每跨 桥都有较多支座，如果施工时支座垫石标高有误差，或预制安装时板 有翘曲，或墩台有不均匀沉降都会导致部分支座脱空； （3）钢筋混凝土的简支板跨中附近板底有由下而上的竖向裂缝，缝宽有 可能超过规定要求，或有跨中下挠，抗弯能力不足，图1.2-1； （4）板底出现纵向裂缝，预应力混凝土装配式简支板桥大多采用先张法 施工，如果由于施工原因造成底板太薄，使得预应力筋周围混凝土局 部应力过大，或者由于混凝土中的氯盐添加剂或者混凝土碳化造成钢 筋生锈，均可能产生
5、沿着钢筋的板底纵向裂缝； （5）一般的空心板在支承端附近不会出现剪切斜裂缝，但近几年来有的 桥梁采用了单块宽度达1.5米甚至更大的大空心板，其实相当于小箱 梁，腹板厚度不大时，边板的腹板上有可能发现斜裂缝。 对上述各种病害可选的加固方法有： （1）对板底产生的纵、横向裂缝，当缝宽超过规范的限制时，均可采用 粘贴钢板法或粘贴纤维复合材料法加固。但对解决跨中下挠的效果不 好； （2）预应力加固法，在板底锚固多根平行的预应力细钢丝，张拉后覆 盖特制混凝土，图1.2-3，或者设转向托架后折线形布钢束张拉，预 应力钢索穿过两端板中斜孔锚固于铺装层下，图1.2-4，详见第三章； 图1.2-3 板底锚固多根
6、预应力钢丝 图1.2-4 折线形布置体外预应力索 图1.2-5 跨中增加支撑变简支为连续 （3）改变结构体系法，如简支板变连续板，小跨径板桥可在跨中或跨中附近 增设桥墩或斜撑，图1.25，但应注意在中支点负弯矩区，应结合桥面改 造，增设足够的受拉钢筋。以上两种方法对解决跨中下挠效果较好； （4）锚喷混凝土加固法，在板底锚固钢筋网后，喷射混凝土覆盖。其实质是 增加板底配筋，类似于图1.23，只不过板底增加的是普通钢筋网； （5）对桥面铰缝处的纵向裂缝，只有通过桥面改造来解决，如增加桥面横 向钢筋布置，加厚铺装层等； （6）对板桥支座脱空现象，可采用更换，加钢垫板，楔紧等方法解决。 1.3 钢筋混
7、凝土及预应力混凝土连续板桥 钢筋混凝土及预应力混凝土连续板桥一般采用实心板截面或空心 板截面，大多采用现浇施工，跨径在20米以下，预应力混凝土连续板 跨径偏大些，一般采用后张法，有等高度的，也有变高度的。城市桥 梁中的跨线桥、人行桥应用多一些。钢筋混凝土连续板的应用更多。 常见病害有： （1）筋混凝土连续板桥各跨中附近板底由下而上的多条竖向裂缝，横向 有可能贯通，属弯曲裂缝，表明抗弯能力不够； （2）筋混凝土连续板桥各墩顶处桥面开裂，桥下渗水，一般都横向贯通， 裂缝可有一条到多条，可由活荷载引起，也可由墩台不均匀沉降引起， 图1.31，说明负弯矩较大，支点截面抗弯能力不足； （3）各跨中附近板
8、底出现纵向裂缝，类似于图1.22，要么是钢筋 混凝土板底横向钢筋配置不足，要么是混凝土保护层太薄，预应力 筋周围混凝土局部应力过大，或是混凝土中的添加剂等原因使钢筋 生锈，导致沿钢筋产生裂缝； （4）跨中下挠，要么是施加的预应力不足，要么是跨中钢筋混凝土 板底竖向裂缝过多过宽导致刚度降低，挠度增大。 图1.31 连续板支点顶面和跨中底面竖向裂缝 上述病害可选的加固方法有： （1）对板底裂缝，当缝宽超过规范要求时，可采用粘贴钢板或粘贴纤维 复合材料法加固； （2）对墩顶处桥面开裂，可采用在负弯矩区的混凝土铺装层内增设受拉 普通钢筋或预应力钢筋，提高支点截面抗弯能力； （3）预应力加固法，在板底设
9、转向托架，按折线形布束张拉，此法对各 种因受力产生的病害均有利，图1.32； （4）改变结构体系法，如在跨中或跨中附近增设斜支撑，解决跨中下挠 过大，或预应力不足，类似于图1.25，但应增强支撑截面负弯矩区 的受拉钢筋。 图1.32 折线形体外预应力索加固连续板桥 图1.41 简支梁跨中梁底竖向裂缝及支承端附近腹板斜裂缝 1.4 钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥 钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁是所有运营中桥梁数量最多的 梁桥，其断面形式常有T形、字形、箱形和各种形式的组合。钢筋 混凝土简支梁的跨径一般在1020米，预应力混凝土简支梁跨径一 般在1650米，少量有更大的。施工方式大多采用预制装配
10、，少量 采用现浇施工。由于呈肋板形截面，自重轻抗弯能力及跨径比板桥大， 病害种类也要多些。 1）钢筋混凝土简支梁桥 常见病害有： （1）跨中附近梁底由下而上的竖向弯曲裂缝，数量随跨径增大而增多， 恒载裂缝宽度有可能超过规范限制值，有的还伴有跨中下挠过大； （2）两支承端附近腹板上的斜向裂缝系主拉应力过大或腹板抗剪不足等 引起的剪切病害，图1.41； （3）梁腹板上的竖向裂缝，多位于薄腹板的中部，中间宽两头细，未向 上、向下延伸，多系混凝土养护差、或温度、或腹板上的水平筋太少 等原因所致的收缩裂缝，主要影响结构的耐久性； （4）桥面上沿翼缘板接缝处的纵向裂缝，较多发生在预制装配T梁桥翼 缘采用铰
11、接或横向联系受损较大的装配式简支梁桥。此种病害会造成 恶性循环，加重单片梁的其他病害程度； （5）其他施工原因产生的裂缝，这些裂缝在工程竣工前就能发现。 2）预应力混凝土简支梁桥 如果是按部分预应力混凝土B类构件设计的简支梁，钢筋混凝土 简支梁有的病害它都可能有，只是程度不同而已，不再复述。但也与 全预应力混凝土简支梁有一些共同的病害。对于全预应力及部分预应 力混凝土A类构件正常使用条件下不允许出现裂缝，如果出现，不论 缝宽大小都应找出原因进行处理或加固。 预应力混凝土简支梁不同于钢筋混凝土简支梁的其他常见病害： （1）张拉锚具的锚下纵向裂缝，长度一般不超过梁高，主要为锚下局部 应力集中产生的
12、劈裂拉力所致； （2）沿预应力钢束的纵向裂缝，主要为预应力钢束保护层过薄，钢束处 局部应力过大产生劈裂或是混凝土保护层碳化后预应力筋生锈所致； （3）跨中下挠过大超过规范容许值，跨中截面不一定开裂。主要为施加 预应力不足或预应力损失过大所致。 上述各种病害可选的加固方法有： （1）对梁底弯曲裂缝和沿预应力筋的纵向裂缝可采用粘贴钢板、粘贴纤维复合 材料的方法加固，也可采用增大截面法加固，增加铺装层厚度，加大截面受 压区面积对提高抗弯强度和刚度有利，但增加高度有限，同时也增加自重， 如果增加梁底截面高度，实际上是增加配筋； （2）对于腹板上的斜裂缝，可在与裂缝反向并近似与水平线成45，即大致正 交
13、于斜裂缝的方向粘贴钢板或纤维复合材料，对梁高度矮，钢板或纤维锚固 长度不足时，可粘贴成U形箍和加压条的形式，图1.42； 1.42 粘贴钢板或纤维复合材料进行抗弯及抗剪加固 （3）对于腹板上的收缩裂缝和锚固区的裂缝，视缝宽大小采用环氧胶封 闭或灌缝处理； （4）对桥面纵向裂缝，可结合铺装层改造增加厚度和横向配筋，或者增 加或者加大横隔板； （5）上述各种因受力引起的病害，均可采用体外预应力加固法，具体的 做法有多种，如图1.43示意，详见第三章。此法的设计、施工复杂， 但效果较好； 图1.43 体外预应力索加固简支梁 （6）对病害较多，较重的某一单片梁，条件许可时，可割开横向联系更 换增大刚度
14、后的新梁，同时减少其它梁的荷载分布。多数情况下边梁 病害较重，图1.44。 图1.44 更换新梁并改善荷载横向分布 1.5 钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁及悬臂梁桥 连续梁桥及悬臂梁桥的截面形式常有T形、I形和箱形，跨径30米 以上的大多采用箱形，并采用变高度的不等跨梁，等高度的钢筋混凝 土连续梁一般跨径在30米以下，变高度的钢筋混凝土连续梁或悬臂梁 一般跨径在50米以下，跨经偏大仍采用钢筋混凝土材料的此类桥梁比 较费材料，而且桥面负弯矩区易出现横向裂缝。等高度的预应力混凝 土连续梁一般跨径在60米以下，而变高度的预应力混凝土悬臂梁跨径 大多100米以下，但100米以上也是常有的，连续梁跨径大
15、多在200米 以下，但200米以上也是常有的。这类桥梁在跨越障碍物或城市立交 桥中较多采用，不论跨径大小均容易出现各种病害。 常见病害有： 1）钢筋混凝土及预应力混凝土悬臂梁 （1）悬臂梁牛腿端下挠过大，常有墩顶桥面开裂。主要是悬臂部分刚度 不够，尺寸偏小，超重车影响，或者是纵向预应力损失较大，施工质 量差等造成； （2）悬臂梁牛腿处局部裂缝，图1.51，原因主要是配筋不足，高度偏 小，温度影响或者是挂梁与牛腿连接不顺，形成跳车，局部冲击过大 等所致； 图1.51 牛腿处局部裂缝 （3）如果悬臂梁的锚固孔跨径过大，在尺 寸偏小或配筋不足时，很有可能出现跨 中下挠或跨中梁底竖向裂缝； （4）预应
16、力筋锚固齿板后的斜向裂缝，这 是所有预应力箱梁可能出现的病害，图 1.52，主要是齿板附近应力集中过大， 普通钢筋配置偏少、预应力束锚固过于 集中等引起； （5）箱梁顶、底板纵向裂缝，图1.53， 主要是顶、底板横向弯矩过大，无横向 预应力、箱梁横向弯曲空间效应、板厚 偏小，横向配筋不足，箱梁内外温差过 大产生温度应力等原因所致； 图1.52 锚固齿板后开裂 图1.53 箱梁顶、底板纵向裂缝 （6）箱梁顶、底板梗腋处的纵向裂缝，顶板梗腋处主要是该处有大量预 应力纵向钢束通过，局部应力过大，或者是箱梁的正剪力滞效应考虑 不足，或者是偏心荷载下箱梁畸变扭转引起腹板上下端局部应力过大 等所致； （7）箱梁腹板中部的竖向裂缝，常发生在脱模23天内，上下没有延 伸，施加预应力后大多会闭合，这主要与混凝土收缩或箱梁内外温差 或腹板水平筋不足，或混凝土混合料质量有关； （8）箱梁腹板上的斜裂缝，如图1.54，一般发生在墩台支承点至反弯 点间的梁段上
