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        中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況評估方法探討

        2018-06-02 10:32:04楊傳國
        中國新技術新產(chǎn)品 2018年8期

        楊傳國

        摘 要:近年來隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,交通量越來越多,車輛荷載越來越重,造成橋梁劣化現(xiàn)象越來越嚴重,我國是橋梁大國,已建成各類橋梁近80萬座,其中中小跨徑的混凝土橋梁占有很大的比重,如何評價中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況,預估其剩余使用壽命,同時將有限的養(yǎng)護資金發(fā)揮最大的經(jīng)濟效益值得我們思考。

        關鍵詞:中小跨徑橋梁;缺損狀況;無損指標;耐久性狀況評價

        中圖分類號:U445 文獻標志碼:A

        1 問題研究背景及意義

        橋梁不可能永久完好,不管使用何種結構形式,采用什么樣的材料,橋梁都會出現(xiàn)老化,有很多因素都會使其老化,如橋梁結構形式、橋梁的施工質量、大氣環(huán)境、交通荷載作用等等。我國已建有各類橋梁近80萬座,中小跨徑橋梁占很大比重,荷載試驗是評價橋梁承載能力最直接的方法,但是荷載試驗需要花費大量的人力、財力且需要中斷交通,無法大量普及,因此亟需一種中小跨徑橋梁耐久性狀況評估方法,預估其剩余壽命,筆者長期從事橋梁檢測和承載能力評定工作,結合多年檢測檢驗,探尋一種簡單的中小跨徑混凝土橋梁耐久性狀況評定方法。

        2 中小跨徑橋梁耐久性狀況評估

        中小跨徑橋梁結構類型簡單,受力體系明確,其耐久性狀況評估可根據(jù)橋梁的建造年代、運營環(huán)境、缺損狀況及無損指標綜合評定,通過對各項指標評定其標度并根據(jù)標度對應其權重,采用多指標分級加權評定的方法評價耐久性。

        2.1 橋梁建造年代

        隨著經(jīng)濟社會發(fā)展,交通量越來越多,交通荷載越來越重,橋梁設計規(guī)范經(jīng)過幾次修改,從《公路鋼筋砼及預應力砼橋涵設計規(guī)范》(JTJ 023—85)規(guī)定的設計荷載汽-10、汽-15、汽-20,驗算荷載:履帶-50、掛-80、掛-100,到《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTJ 021—89)增加汽-超20,再到最新的《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D60—2015)規(guī)定設計荷載:公路-I級、公路-II級,隨著規(guī)范設計荷載的變遷,不同時期建造的橋梁其設計承載能力不同,因此對橋梁耐久性狀況評價時應考慮其建造年代,參考表1對其建造年代進行評價。

        2.2 運營環(huán)境

        根據(jù)《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》(GB/T 50476—2008)要求,混凝土結構所處環(huán)境按其對鋼筋和混凝土材料的腐蝕機理分為5類,見表2。

        根據(jù)表2,參考表3查取相應的運營環(huán)境耐久性狀況指數(shù)權重。

        2.3 缺損狀況

        橋梁的缺損狀況主要參考裂縫及混凝土破損狀況,裂縫是鋼筋混凝土橋梁最常見的劣化現(xiàn)象,也是導致鋼筋內部銹蝕的主要原因,裂縫類型分為結構裂縫(受力裂縫)和非結構裂縫(非受力裂縫)兩種,結構裂縫由靜荷載及活荷載所造成,所有裂縫都是受拉產(chǎn)生的,但是根據(jù)結構受力體系,一般將裂縫分為受彎裂縫和剪切裂縫,對于裂縫寬度的限值,各國為了滿足耐久性的要求作了不同的規(guī)定,參考我國《城市橋梁養(yǎng)護技術規(guī)范》(CJJ 99—2003)和《城市橋梁檢測與評定技術規(guī)范》(CJJ/T 233—2015)對裂縫寬度限值的規(guī)定,對裂縫進行評價。

        缺損狀況耐久性狀況評價指數(shù)γ權重取值表見表4。

        2.4 無損指標

        2.4.1 碳化

        混凝土中的水泥水化物呈強堿性,隨著環(huán)境的侵蝕,空氣中的CO2和水分子與混凝土的堿性成份緩慢發(fā)生化學反應,致使混凝土逐漸失去堿性成份,變成中性,這叫做碳化。因此,對于長期處于潮濕環(huán)境的橋梁結構來說,通過檢測其混凝土的碳化深度,并結合鋼筋的混凝土保護層厚度狀況,可以評判混凝土碳化程度。

        2.4.2 強度

        根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)規(guī)定,采用回彈法對混凝土強度進行強度檢測。根據(jù)實測強度推定值或測區(qū)平均強度值計算其推定強度勻質系數(shù)Kbt或平均強度勻質系數(shù)Kbm,并按表5的規(guī)定確定混凝土的強度評定標度。

        2.4.3 鋼筋銹蝕電位

        當混凝土處于一個高堿性環(huán)境,混凝土中液體pH值為13左右時,由于氯化物或碳化,鋼筋發(fā)生銹蝕。銹蝕過程中,在表面形成陽極區(qū)和陰極區(qū),導致離解,因此,電勢越高,通常腐蝕率也就越大。

        對于鋼筋銹蝕電位檢測采用《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21—2011)判別,見表6。

        無損指標根據(jù)其碳化、強度和鋼筋銹蝕電位評價標度綜合進行評定,如某一項指標達到3類或3類以上,按最差狀況進行評定,其耐久性狀況指數(shù)參考表7。

        通過構建一個耐久性狀況評價折減指數(shù)ζ的函數(shù),其主要與4個指標有關,建造年代、運營環(huán)境、缺損狀況及無損指標,見下式:

        ζ=f(α、β、γ、δ) (1)

        3 某工程實例

        某市濱湖區(qū)三跨簡支混凝土橋梁,橋長57.0m,跨徑組合為10m+30m+10m,兩邊跨上部結構為普通鋼筋混凝土結構,中跨為預應力混凝土T梁,下部結構橋墩采用樁柱式結構,基礎采用鉆孔灌注樁,橋臺采用重力式結構,臺身采用漿砌塊石材料,該橋建于20世紀90年代中期,目前,交通狀況繁忙,有公交車通行,橋頭兩端設有10t限載標志牌,該橋主要病害有:兩邊跨橋梁跨中L/4~3L/4區(qū)域出現(xiàn)大量橫向裂縫,裂縫最大寬度0.42mm;兩邊跨橋面鋪裝存在3條縱向裂縫,裂縫對應鉸縫位置且鉸縫通常滲水。

        根據(jù)上述內容,該橋其建造年代耐久性狀況評價指數(shù)α取0.90、運營環(huán)境耐久性狀況評價指數(shù)β取0.96、缺損狀況耐久性狀況評價指數(shù)γ取0.88、無損指標耐久性狀況評價指數(shù)δ取0.98,再根據(jù)公式(1),其耐久性狀況評價折減指數(shù)ζ為0.75,根據(jù)筆者經(jīng)驗,耐久性狀況評價折減指數(shù)ζ在0.95~1.0為好,在0.85~0.95為較好,在0.70~0.85為合格,在0.60~0.70為較差,在0.60以下為差。

        4 總結與展望

        通過對橋梁耐久性狀況進行評估,掌握橋梁退化性能和程度,預估橋梁剩余使用壽命、保證橋梁的安全運營,有利于養(yǎng)護部門合理安排養(yǎng)護資金,隨著人工智能的發(fā)展,神經(jīng)網(wǎng)絡技術已在橋梁耐久性狀況評價部分應用,這是耐久性狀況評估方法的發(fā)展趨勢。

        參考文獻

        [1]郭豐哲.既有鋼筋混凝土橋梁的耐久性檢測及評估研究[J].成都:西南交通大學,2005.

        [2]鋼筋混凝土橋梁試驗檢測技術的應用分析[J].交通世界,2017(32):121-122.

        [3]朱平華,金偉良,倪國榮.在役混凝土橋梁結構耐久性評估方法[J].浙江大學學報(工學版),2006,40(4):658-667.

        [4]周暢.在役橋梁狀態(tài)評估和養(yǎng)護管理方法的研究[D].杭州:浙江大學,2008.

        [5]梁烜.橋梁狀態(tài)綜合評價及預測方法研究[D].北京:北京工業(yè)大學,2006.

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