空心板橋病害及原因分析

大量的空心板橋出現(xiàn)不同程度的病害,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)橋面鋪裝縱向開裂,且裂縫有規(guī)律地分布在行車道、鉸縫上方的位置;

(2)預(yù)制空心板間鉸縫混凝土出現(xiàn)松動、開裂或剝落的現(xiàn)象;

(3)鉸縫和墩臺帽出現(xiàn)明顯的滲水痕跡,并因水分侵蝕而堿化;

(4)車輛行駛時,相鄰板上下錯動而形成臺階。

對于預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋,梁端至L/4范圍內(nèi)還存在縱向裂縫和腹板斜裂縫。在役空心板橋主要病害如圖所示。

當空心板橋出現(xiàn)以上病害時,表明結(jié)構(gòu)有可能形成單板受力狀態(tài),即板間的橫向聯(lián)系破壞,使得單塊空心板單獨承受車輪荷載作用。單板受力狀況的出現(xiàn),使預(yù)制板的承載能力大大降低、撓度增大,這意味著在正常荷載作用下預(yù)制板超出了極限狀態(tài),正彎矩處將產(chǎn)生裂縫。當裂縫發(fā)展到一定程度時,板內(nèi)鋼筋會受有害介質(zhì)的侵蝕而銹蝕,混凝土材料的性能也因此不斷降低,板的剛度也相應(yīng)降低,從而使板的壽命相應(yīng)縮短。

1 鉸縫病害

鉸縫開裂、脫落等病害的產(chǎn)生原因可主要歸結(jié)于計算理論、設(shè)計因素、施工因素、其它因素。

計算理論方面。鉸接板計算理論假設(shè)豎向荷載作用下鉸縫只傳遞豎向剪力,然而空心板鉸接縫處受力復(fù)雜,用傳統(tǒng)的鉸接板計算理論不能滿足目前交通運輸發(fā)展下橋梁的使用要求。

設(shè)計方面。計算理論方面的不足直接影響了空心板橋鉸縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計。鉸縫結(jié)構(gòu)尺寸偏小,縫間連接鋼筋薄弱,設(shè)計中沒有足夠重視新舊混凝土之間的粘結(jié)力弱化問題均會導(dǎo)致鉸縫病害的產(chǎn)生。

施工方面。施工隊伍普遍對鉸縫不夠重視,不能做到嚴格按照規(guī)范和施工工藝的相關(guān)要求進行施工。鉸縫混凝土振搗不密實,鉸縫內(nèi)鋼筋保留不全,鉸縫底部用布條、麻布等雜物填充,沒有澆筑鉸縫砂漿等,均會導(dǎo)致鉸縫混凝土強度達不到設(shè)計要求。澆注鉸縫混凝土前對空心板側(cè)沒有認真鑿毛,不仔細清除鑿毛產(chǎn)生的松動混凝土塊,或是沒有將板側(cè)進行灑水濕潤,都會降低新舊混凝土之間的粘結(jié)能力。

此外,超載車、地震、下部結(jié)構(gòu)不均勻沉降等其他非正常原因也能導(dǎo)致鉸縫的破壞。唐先習(xí)通過試驗分析得出超載車輛產(chǎn)生的疲勞作用會對鉸接板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較嚴重的破壞。在大幅值疲勞荷載作用下,深鉸縫的應(yīng)用性能要好于淺鉸縫。

2 空心板裂縫

空心板常見病害形式之一為正彎矩處的橫向裂縫,主要是由于梁板之間的橫向聯(lián)系破壞,車輪荷載不能得到有效傳遞,導(dǎo)致單塊空心板承受的車輪荷載作用大于設(shè)計荷載而開裂。

3 橋面系病害

橋面鋪裝既保護行車道板不受車輛直接磨損、防止板遭受雨雪侵蝕,還起著分布車輪荷載的作用,對荷載的橫向傳遞有利,橋面鋪裝產(chǎn)生裂縫或損壞必然會影響板的受力。橋面鋪裝發(fā)生不同程度的裂縫或損壞的原因,可分為設(shè)計因素和施工因素。

設(shè)計因素包括:橋面鋪裝層設(shè)計理論不足;荷載因素考慮不充分;橋面鋪裝層混凝土強度不足;橋面鋪裝層厚度局部偏??;橋面鋪裝層配筋偏??;排水設(shè)計不合理;橋面板剛度不夠等。

施工因素包括:橋面鋪裝層與梁板粘結(jié)不好;橋面鋪裝層鋼筋網(wǎng)定位不準確;橋面鋪裝層混凝土施工控制不嚴格;橋面鋪裝層特殊位置處理不當,如施工縫、伸縮縫以及橋梁拓寬改建時新老橋交界處;橋面鋪裝層混凝土養(yǎng)護較差;橋面防水層的影響等。

鋪裝縱向開裂機理:運營期間縱向開裂主要原因為橋面溫度應(yīng)力和荷載應(yīng)力疊加造成;施工期間縱向開裂是溫度應(yīng)力和微差收縮應(yīng)力疊加造成。橋面鋪裝縱向開裂是由于空心板橋的橫向剛度較小,板間橫向傳力靠鉸縫和鋪裝層共同承擔。在行車荷載作用下,板縫間鋪裝層受彎剪作用,且以抗剪為主。受長期重復(fù)荷載的作用,橋面鋪裝極易發(fā)生疲勞破壞,沿板縫縱向開裂。當橋梁承受超限車載時,主板撓度進一步加大,從而加劇橋面鋪裝的縱向開裂。

4 整橋病害

鉸縫是板間傳遞內(nèi)力的關(guān)鍵構(gòu)件。鉸縫損壞會大大削弱板間的橫向聯(lián)系,進而增大板受力,最終形成單板受力狀態(tài)。

橋面鋪裝既保護行車道板不受車輛直接磨損、防止板遭受雨雪侵蝕,還起著分布車輪荷載的作用,對荷載的橫向傳遞有利,橋面鋪裝產(chǎn)生裂縫或損壞必然會影響板的受力。

空心板承受外荷載作用離不開下部結(jié)構(gòu)的支撐,是支座將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞到下部墩臺,支座的損傷會導(dǎo)致橋梁受力狀態(tài)的改變。

除了以上原因,超載因素和行車軌跡過于規(guī)則也是導(dǎo)致空心板各個病害產(chǎn)生的重要原因。從現(xiàn)實的交通狀況看,實際行駛的重載車輛普遍存在超載運輸現(xiàn)象。據(jù)調(diào)查,高等級公路上空心板橋損壞情況較一般等級公路嚴重。盡管高等級公路采取了限制措施,在利益驅(qū)動下仍有重載車選擇夜間行駛。超載車輛載重大、車速慢,形成“重車集中、成串通行”現(xiàn)象,給橋梁和路面造成嚴重的損壞。車輛荷載在小跨徑橋的荷載總效應(yīng)中所占比例遠大于大、中橋,所以超載對小跨徑空心板橋尤為不利。高等級公路,尤其是高速公路對行車道的劃分,使車輛行駛軌跡具有規(guī)律性。重車一般行駛在靠右側(cè)的行車道上,大大提高了若干空心板塊承受重車荷載的機率,致使這些板塊間的鉸縫更容易發(fā)生破壞,各支座壓縮變形不均勻。

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