张树仁桥梁结构病害诊治与改造加固设计

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1、桥梁结构病害诊治与改造加固设计张树仁（哈尔滨工业大学150090）第一，桥梁病害诊断与评估一．桥梁病害诊断在役桥梁结构随着使用时间的延续，受结构使用条件变化及环境侵蚀等因素的影响，加之设计和施工的不当，都会使结构受到不同程度的损伤，造成桥梁病害，使结构性能退化，使用功能逐步降低乃至完全丧失。结构受到损伤后，需要对结构损伤原因和程度进行分析，确定结构损伤后的承载能力和剩余寿命。在此基础上进行结构改造决策分析，根据经济技术条件提出结构处理措施，如维修、加固或拆除重建等。（一）详细而认真裂缝调查、检测与分析是混凝土结构损伤检测的

2、核心实践表明，混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表，所以，对混凝土结构的损伤检测，首先应从对结构的裂缝调查、检测与分析入手。混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展而引起的。引起裂缝的原因很多，但可归纳为两大类：第一类：由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝（又称为受力裂缝），其裂缝的分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝的出现，预示结构承载力可能不足或存在其他严重问题。第二类：由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩等因素引起的结构变形受到限制时

3、，在结构内部就会产生自应力，当此应力达到混凝土抗拉强度极限值时，即会引起混凝土裂缝，裂缝一旦出现，变形得到释放，自应力也就消失了。两类裂缝有明显的区别，危害效果也不相同，有时两类裂缝融在一起。调查资料表明，在两类裂缝中以变形引起的裂缝占主导的约占80%；以荷载引起的裂缝占主导的约占20%。对裂缝原因的分析是裂缝危害性评定，裂缝修补和加固的依据，若对裂缝不经分析研究就盲目进行处理，不仅达不到预期的效果，还可能潜藏着突发性事故的危险。-35-1．结构性裂缝（受力裂缝）众所周知，混凝土的抗拉强度很低，抗拉极限应变大约为。换句话说

4、，混凝土即将开裂的瞬间，钢筋的应力只有。事实上，在正常使用阶段钢筋的应力远大于此值，所以说在正常使用阶段钢筋混凝土结构出现裂缝是避不可免的。因而，习惯上又将这种裂缝称为正常裂缝。实践证明，在正常条件下，裂缝宽度小于0.3mm时，钢筋不致生锈。为确保安全，允许裂缝宽度还应小一些。新修订的<公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范>JTGD62-2003（以下简称<桥规JTGD62>）规定：钢筋混凝土构件计算的特征裂缝宽度不应超过下列规定的限值：Ⅰ类及Ⅱ类环境0.2mmⅢ类及Ⅳ类环境0.15mm结构性裂缝可根据构件的受力特征判

5、断。图1-1所示为钢筋混凝土简支梁的典型结构性裂缝分布示意图。图1-1钢筋混凝土梁结构裂缝图1-1中①所示的跨中截面附近下缘受拉区的竖向裂缝，是最常见的结构性裂缝。在正常设计和使用情况下，裂缝宽度不大，间距较密，分布均匀。若竖直裂缝宽度过大，超过规范规定的限值，预示结构正截面承载力不足；图1-1中②所示为支点（或腹板宽度变化处）附近截面由主拉应力引起的斜裂缝。在正常设计和使用情况下很少出现斜裂缝，即使出现裂缝宽度也很小。若斜裂缝宽度过大，预示结构的斜截面承载力不足，存在发生斜截面脆性破坏的潜在危险，应引起足够的重视。有些结

6、构性裂缝（受力裂缝）是由设计错误和施工方法不当所造成的。例如：钢筋锚固长度不足、计算图式与实际受力不符、构件刚度不足、次内力考虑不全面和施工安装构件支承吊点错误等都可以使构件产生裂缝。图1-2所示为美国纽约一座高架桥桥墩盖梁悬臂裂缝分布及加固方案示意图[2]。桥梁通车后发现桥墩盖梁悬臂出现严重裂缝，裂缝从上层受拉钢筋端头处开始，向下沿伸至悬臂根部。显然，这种裂缝是由于钢筋锚固长度不够所引起的结构性裂缝，这种结构性裂缝对结构安全构成潜在危险，应及时加以处理。该桥采用了预加应力的方法进行了补强处理。-35-在超静结构中基础不均

7、匀沉降，将引起结构的内力变化，可能导致结构出现裂缝。基础不均沉降引起的上部结构的裂缝，实质上是属于结构性裂缝（受力裂缝）范畴，裂缝的分布和宽度与结构形式、基础不均沉降情况及大小等多种因素有关。这种裂缝对结构安全性影响很大，应在基础不均匀沉降停止或采用加固地基方法消除后，才能进行上部结构的裂缝处理。图1-2：美国纽约高架桥桥墩盖梁悬臂裂缝分布及加固方案图1-3南方某城市立交匝道桥的平面布置和横断面图图1-3所示为我国南方某城市立交匝道桥的平面布置和横断面图，其中第三联（10~18号墩）为8×25m钢筋混凝土连续箱梁结构，软土

8、地基，钻孔桩基础，采用满堂支架就地浇筑混凝土施工。该桥施工中出现严重裂缝，第三联（18~16号墩）+1/4（16~15号墩）跨拆模后，发现边跨（17~18号墩）出现25条竖直裂缝，最大裂缝宽度为0.15mm，三个月后发现其余各跨都出现了裂缝，跨中部分的裂缝已由腹板向底板沿伸200mm，个别裂缝已贯穿底板