1·桥梁病害概念
在正常使用过程中,由于钢筋混凝土材料的特性、结构的设计施工、使用条件等因素的影响,桥梁会发生变形、损伤,从而导致桥梁安全性、适用性及耐久性不能满足要求,这些变形、损伤统称为桥梁病害。
2·主要病害类型及原因分析
钢筋混凝土桥梁主要有混凝土病害、钢筋病害、桥面系病害、支座病害等多种病害。
2.1混凝土病害
混凝土是一种耐久性材料,其耐久性主要由混凝土质量及环境因素决定。在化学和物理反应的作用下,混凝土会出现各种各样的病害。混凝土的主要病害可归纳为表层缺陷及裂缝两大类。混凝土的病害会直接影响桥梁结构的承载能力、使用性能和耐久性。
混凝土表层缺陷主要有蜂窝、麻面、露筋、磨损、老化、剥落等。混凝土表层缺陷是由混凝土性能不良、施工不当、结构不合理及外界荷载环境条件等因素引起的。
混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷以及微裂缝不断扩展而形成的,是混凝土结构最主要同时也是危害最大的病害。混凝土裂缝根据形成原因不同可分为结构性裂缝和非结构性裂缝。因此,裂缝的产生的原因包括材料因素、施工因素、荷载条件、桥梁结构的不均匀沉降或变形及外界环境因素等。
2.2钢筋病害
钢筋的病害主要是腐蚀。钢筋腐蚀是由于自身的抗腐蚀性能差和环境中不利因素的侵蚀作用造成的。混凝土中钢筋的腐蚀一般为电化学腐蚀。钢筋腐蚀过程中伴有体积膨胀,会使混凝土出现沿钢筋纵向分布的裂缝,造成钢筋与混凝土之间的黏结力发生破坏,钢筋截面面积减少, 最终导致结构构件出现承载力降低、变形和裂缝增大等不良现象。影响混凝土中钢筋腐蚀的因素主要有混凝土液相PH 值、混凝土中Cl- 含量、掺合料的数量、混凝土的密实度和保护层厚度、环境条件等。
2.3桥面系病害
(1)桥面铺装层病害。桥面铺装层发生病害将会降低行车的舒适性和安全性,严重的还会导致桥梁主体结构损坏,从而影响桥梁结构的承载能力及使用寿命。桥面铺装层病害与外界环境、桥梁及主梁的结构形式有关,因此,桥面铺装层病害往往最先出现在主梁或主拱圈负弯矩区域。混凝土桥面铺装层常见的病害有裂缝、磨光、脱皮露骨、高低差、坑槽等。混凝土类桥面铺装层病害发生的主要原因有施工不当、温度变化、混凝土干缩裂缝、桥梁结构的不均匀沉降或变形等。(2)伸缩缝病害。伸缩缝的作用主要是保证梁体能够适应由于混凝土徐变和收缩、温度变化、荷载等作用引起的变形。桥梁伸缩缝是桥梁结构的薄弱位置,也是桥梁的重要部位。伸缩缝过早的发生病害,不利于行车的舒适性和安全性,严重的病害会影响桥梁结构的正常使用功能。伸缩缝由于设计原理、使用材料、施工方法不同会发生不同类型的病害。钢筋混凝土桥梁伸缩缝的常见病害有:伸缩缝防水材料的脱落、老化、接头活动异常,构造部位下陷或凸出,锚固构件损坏,伸缩缝凹槽填入其他硬物,不能自由变形等。伸缩缝发生病害的原因,除了其本身的构造问题之外,还有其他很多因素:设计因素、施工因素、管理养护因素及荷载作用因素等。
2.4 支座病害
支座是桥梁的重要组成部分,其作用是能够有效地将上部结构的荷载传递给墩台,并适应由于荷载及非荷载因素所产生的变形,从而确保桥梁结构的受力情况与计算简图相符合。支座在长期使用过程中发生的病害,会对桥梁上、下部结构产生不利影响,甚至可能对桥梁结构造成重大损伤。
不同的支座形式,其病害形式也不同。支座的主要病害可归纳为支座构件缺陷、支座构件变形或变位。钢筋混凝土桥梁常见的支座形式有板式橡胶支座、盆式橡胶支座等。板式橡胶支座的主要病害是脱空、老化开裂及剪切变形。盆式橡胶支座的主要病害是固定螺栓剪断、螺母松动。支座发生病害的原因包括支座的设计不周全、施工制作不完备、维修养护不善及主体结构的位移、不均匀变形等。
3 ·预防措施
桥梁病害发生的原因涉及设计、施工、使用和管理养护等多方面,因此,要有效地避免或减少病害就必须有针对性地采取预防措施。
3.1 完善设计理论
成熟、先进的设计理论能够较为准确地计算各种工况下桥梁结构的内力及变形,有利于选择适合的设计方案,并可根据计算结果合理地设计结构构件的尺寸和构造细节。随着交通运输迅猛的发展,设计理论必须不断的修正完善,设计的桥梁结构才能够满足使用要求。因此,需要加强科学研究,归纳分析研究成果并及时修订相关规范,不断的补充完善计算方法和设计理论。另外,设计理论的完善必须以清楚认识施工方法、顺序和施工荷载对结构性能的影响为基础。
3.2加强施工过程管理
施工过程产生的缺陷会直接影响桥梁结构的使用性能,因此,需加强施工过程管理,包括控制建筑材料的质量,制定安全可行的施工工艺,运用成熟、先进的施工技术,严格按照相关规范进行施工,并充分考虑到施工过程中一些非预见性灾害对结构承载力的影响,以保证良好的施工质量。
3.3 建立科学的管理体系
桥梁在使用过程中,必须建立科学的管理体系,利用现代化的监测手段,定时对桥梁进行监测、分析,评估桥梁的承载力、运营状态及耐久性能。必须严格执行各类桥梁养护、维修方面的规定,旧桥应注重定期检测和维修保养,带病服役的桥梁应及时的进行加固改造。同时,还需加强对车辆超载的管理,超载会使桥梁发生疲劳破坏、加剧损伤,而且超载对桥梁造成的内部损伤不能恢复,将会改变桥梁在正常荷载条件下的工作状态,进而可能危及桥梁的安全性和耐久性。
4·结论
桥梁在使用过程中会出现各种各样的病害,为了有效的避免或减少病害,必须正确及时地采取预防措施,完善设计理论,加强施工管理过程管理,建立科学的管理体系。对已经出现的各类桥梁病害,应认真分析产生的原因和机理,并建立桥梁病害数据库,以指导日后的桥梁设计、施工及管理养护工作。