關于橋梁結構病害的分析

1、橋梁結構病害分析混凝土結構的病害表現(xiàn)形式多種多樣，引起病害的原因錯綜復雜，從引起病害的原因來分析，可以將其劃分為兩大類：第一類為由環(huán)境作用引起的混凝土結構損傷與破壞。由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、汽泡、孔穴等），環(huán)境中的水及侵蝕性介質就可能滲入混凝土內部，與混凝土中某些成份發(fā)生化學、物理反應，引起混凝土損傷，影響結構的受力性能和耐久性。第二類為由荷載作用或設計、施工不當造成的混凝土結構損傷。例如，由于超載作用引起的裂縫，動力沖擊作用引起疲勞破壞。構造措施和施工方法不當引起結構裂縫等。環(huán)境因素引起的混凝土結構損傷或破壞1 混凝土的碳化混凝土的碳化是指混凝土中氫氧化鈣與滲透進混凝土中的二氧化碳

2、或其它酸性氣體發(fā)生化學反應的過程。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。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(xiàn)為鋼筋的銹蝕。3 堿骨料反應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

3、力，造成混凝土開裂。堿骨料反應引起的混凝土結構破壞程度，比其他耐久性破壞發(fā)展更快，后果更為嚴重。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(xiàn)明顯開裂，所以有時也稱堿骨料反應是混凝土結構的“癌癥”。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： 堿一骨料反應引起混凝土局部膨脹，裂縫的兩個邊緣出現(xiàn)不平狀態(tài)（錯臺）；是堿骨料反應裂縫的特有現(xiàn)象； 堿一骨料反應與環(huán)境濕度有關，在同一工

4、程中潮濕部位出現(xiàn)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。 從裂縫出現(xiàn)的時間來判斷，堿一骨料反應裂縫出現(xiàn)的時間較晚，多在施工后510年內出現(xiàn)，而混凝土收縮裂縫出現(xiàn)的時間較早，一般在施工后若干天內出現(xiàn)。4 凍融循環(huán)破壞滲入混凝土中的水在低溫下結冰膨脹，從內部破壞混凝土的微觀結構。經多次凍融循環(huán)后，損傷積累將使混凝土剝落酥裂，強度降低。凍融循環(huán)破壞的混凝土剝落，開始時在混凝土表面出現(xiàn)粒徑為2-3mm的小片剝落，隨著使用年限的增加，剝落量及剝落塊直徑增大，剝落由表及里，發(fā)展速度很快。一經發(fā)現(xiàn)凍融引起的混凝土剝落，必需密切注意剝落的發(fā)展情況，及時采取修補措施。北

5、方地區(qū)采用撒鹽除冰，由于鹽類與凍融循環(huán)的共同作用引起的鹽凍破壞是凍融循環(huán)破壞的一種特殊形式。鹽凍破壞是靜水壓及鹽溶液的滲透壓和結晶壓共同作用的結果，因此，鹽凍破壞要比單純的凍融破壞嚴酷得多。鹽凍破壞區(qū)別于其他破壞形式的主要特征是： 表面分層剝落，骨料暴露，但剝落層下面的混凝土完好； 破壞速度快，對未采用防鹽凍措施而使除冰鹽者，少則一冬，多則幾冬，即可產生嚴重鹽凍破壞； 在沒有干擾的剝蝕表面或裂縫中可見到白色鹽結晶體；5 鋼筋銹蝕混凝土中鋼筋腐蝕的首要條件是鈍化膜壞，混凝土的碳化及氯離子侵蝕都會造成覆蓋鋼筋表面的堿性鈍化膜的破壞，加之有水分和氧的侵入，就可能引起鋼筋的腐蝕。鋼筋腐蝕伴有體積膨脹，

6、使混凝土出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫，造成鋼筋與混凝土之間的粘結力破壞，鋼筋截面面積減少，使結構構件的承載力降低，變形和裂縫增大等一系列不良后果，并隨著時間的推移，腐蝕會逐漸惡化，最終可能導致結構的完全破壞。值得注意的是，上述所有侵蝕混凝土和鋼筋的作用都需要有水作介質。另一方面，幾乎所有的侵蝕作用對混凝土結構的破壞都與侵蝕作用引起的混凝土膨脹，最終導致混凝土的開裂有關。而且當混凝土結構開裂后，腐蝕速度將大大加快。形成導致混凝土結構的耐久性進一步退化的惡化循環(huán)。因此，對新建結構而言，提高混凝土結構耐久性的基本途徑是增強混凝土的密實度，防止和控制混凝土開裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保護層的厚度，防止由于

7、混凝土保護層碳化引起鋼筋鈍化膜的破壞。對于在役結構而言，提高混凝土結構耐久性的基本思路是在清除病害根源的基礎上，封堵裂縫，修補破損混凝土；增設防水層，防止水分的侵入?；炷两Y構的裂縫分析實踐表明，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(xiàn)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。混凝土結構的裂縫是由材料內部的初始缺陷、微裂縫的擴展而引起的。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(xiàn)，預示結構承載力可能不足或存在

8、其他嚴重問題。第二類：由變形引起的裂縫，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(xiàn)，變形得到釋放，拉應力也就消失了。兩類裂縫有明顯的區(qū)別，危害效果也不相同，有時兩類裂縫融在一起。調查資料表明，在兩類裂縫中以變形引起的裂縫占主導的約占80%；以荷載引起的裂縫占主導的約占20%。對裂縫原因的分析是裂縫危害性評定，裂縫修補和加固的依據，若對裂縫不經分析研究就盲目進行處理，不僅達不到預期的效果，還可能潛藏著突發(fā)性事故的危險。非結構性裂縫混凝土的非結構性裂縫根據其形成的時間可分為：

9、混凝土硬化前裂縫、硬化過程裂縫和完全硬化后裂縫。非結構性裂縫的產生受混凝土材料組成、澆筑方法，養(yǎng)護條件和使用環(huán)境等等多種因素影響。（1）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稱為干縮。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稱為凝縮。收縮中以干縮為主，占總收縮量的8/109/10。收縮量隨時間增長而不斷加大，初期收縮較快，爾后日趨緩慢。普通混凝土在標準狀態(tài)下的極限收縮變形約為（34）X104。當混凝土成形后，表面水份蒸發(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

10、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。尤其是混凝土早期養(yǎng)護不當，混凝土表面直接受到風吹日曬的影響，表面水份蒸發(fā)過快，產生較大的拉應力，混凝土早期強底低，很容易出現(xiàn)收縮裂縫。收縮裂縫發(fā)生在混凝土面層，裂縫淺而細，寬度多在0.050.2mm之間。對板類構件多沿短邊方向，均勻分布于相鄰兩根鋼筋之間，方向與鋼筋平行。對高度較大的鋼筋混凝土梁，由于腰部水平鋼筋間距過大，在腰部（或腹板）產生豎向收縮裂縫，但多集中在構件中部，中間寬兩頭細，至梁的上、下緣附近逐漸消失，梁底一般沒有裂縫。大體積混凝土在平面部位收縮裂縫較多，側面也有所見。收縮裂縫對構件承載力影響不大，主要影響影響結構外觀和耐久

11、性。（2）溫度裂縫鋼筋混凝土結構隨著溫度變化將產生熱脹冷縮變形，這種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： 截面均勻溫差裂縫一般橋梁結構為桿件體系長細結構，當溫度變化時，構件截面受到均勻溫差的作用，可忽略橫截面兩個方向的變形，只考慮沿梁長度方向的溫度變形，當這種變形受到約束時，在混凝土內部就會產生拉應力，出現(xiàn)裂縫。例如：連續(xù)梁預留伸縮縫的伸縮量過小，或有施工時散落的混凝土碎塊等雜物嵌入伸縮縫，或堆集于支座處沒有及時清理，使伸縮縫和支座失靈

12、等，當溫度急劇變化時，結構伸長受到約束，上部橋跨結構就會出現(xiàn)這種截面均勻溫差裂縫，嚴重者還可能造成墩臺的破壞。 截面上、下溫差裂縫以橋梁結構中大量采用的箱形梁為例，當外界溫度驟然變化時，會造成箱內外的溫度差，考慮到橋梁為長細結構，可以認為在沿梁長方向箱內外的溫差是一致的，沿水平橫向沒有溫差。將三維熱傳導問題簡化為沿梁的豎向溫度梯度來確定，一般假設梁的截面高度方向、溫差呈線性變化。在這種溫差作用下，梁不但有軸向變形，還伴隨產生彎曲變形。梁的彎曲變形在超靜定結構中不但引起結構的位移，而且因多余約束存在，還要產生結構內部溫度應力。當上、下溫差變形產生的應力達到混凝土抗拉強度極限值時，混凝土就要出現(xiàn)裂縫，這種裂縫稱為截面上、下溫差裂縫。 截面內外溫差裂縫水泥在水化過程產生一定的水化熱，其大部分熱量是在混凝土澆筑后3天以內放出的。大體積混凝土產生的大量水化熱不容易散發(fā)，內部溫度不斷上升，而混凝土表層散熱較快，使截面內部產生非線性溫度差。另外，預制構件采用蒸氣養(yǎng)護時，由于混凝土升溫或降溫過快，致使混凝土表面劇烈升溫或降溫，也會使截面內部產生非線性溫度差。在這種截面內外溫差作用下，結構將產生彎曲變形，截面縱向纖維因溫差的伸長將受到約束，產生溫度自應力。對超靜定結構還會產生阻止撓曲變形的約束應力。有時此溫度應力是相當大的，尤其是混