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        鋼筋砼拱橋病害類型及成因分析

        2019-12-21 07:00:47李曉梅
        商品與質(zhì)量 2019年31期
        關(guān)鍵詞:肋板拱橋立柱

        李曉梅

        山西路杰工程咨詢有限公司 山西太原 030006

        眾所周知,橋梁結(jié)構(gòu)是連接公路的重要樞紐和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程,是實(shí)現(xiàn)公路工程基礎(chǔ)設(shè)施立體化、快速化和互通化的重要設(shè)施之一,在公路工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中必須尤其重視橋梁工程結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量,對(duì)于在役橋梁而言必須意識(shí)到病害處治的重要性。鋼筋混凝土拱橋是橋梁工程施工實(shí)踐中常見的橋型之一,混凝土拱橋較相同跨徑的梁橋有更好的承載能力、抗變形剛度及荷載穩(wěn)定性;且拱橋能夠滿足橋下通行凈空和無法實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)施工的各種復(fù)雜環(huán)境和施工工況,在山區(qū)公路建設(shè)中應(yīng)用極其廣泛。

        1 鋼筋砼拱橋病害類型分析

        以山區(qū)公路中常見的上承式肋拱鋼筋混凝土拱橋?yàn)檠芯繉?duì)象,經(jīng)過長期病害調(diào)查可將常見的病害類型歸結(jié)為兩部分,即:拱橋拱肋及構(gòu)造梁病害和上承拱架立柱病害兩大部分。

        1.1 拱橋拱肋及構(gòu)造梁病害分析

        以上承式拱橋?yàn)槔摻罨炷凉袄甙迨卿摻罨炷凉皹虻闹饕休d構(gòu)件,在長期自重荷載和車輛可變荷載的耦合作用下,一旦出現(xiàn)沖擊荷載集中作用將導(dǎo)致拱肋薄弱位置率先出現(xiàn)開裂,一旦拱肋局部出現(xiàn)開裂,將引發(fā)局部的應(yīng)力集中效應(yīng),進(jìn)而引發(fā)連鎖反應(yīng),拱肋病害快速擴(kuò)展。如果不能及時(shí)對(duì)拱肋結(jié)構(gòu)開裂進(jìn)行綜合處治,在荷載長期作用下將引發(fā)嚴(yán)重的局部混凝土剝離破壞,嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致鋼筋骨架外露[1]。此外,肋拱橋在長期車輛荷載的疲勞作用下,肋板拱的整體剛度隨著服役時(shí)間的推進(jìn)逐步衰減,由于抗變形剛度無法抵御荷載沖擊影響將引發(fā)主拱肋出現(xiàn)不可控的非線性變形,從而不同程度改變鋼筋混凝土肋板拱橋的受力體系。除了主拱肋板結(jié)構(gòu)以外,肋拱橋主要承重構(gòu)件由部分結(jié)構(gòu)梁聯(lián)系,在自重和荷載的耦合作用下將導(dǎo)致聯(lián)系梁和橋面板出現(xiàn)不同程度的大位移,進(jìn)而造成局部聯(lián)系梁和橋面板出現(xiàn)應(yīng)力集中病害,誘發(fā)聯(lián)系梁開裂甚至直接壓潰。

        1.2 上承拱架立柱病害分析

        除了主要承重構(gòu)件肋板病害以外,支撐肋拱橋立柱病害也是誘發(fā)拱橋病害的主要原因之一。部分設(shè)計(jì)年代較早的鋼筋混凝土肋板拱橋結(jié)構(gòu)由于受施工資金和施工技術(shù)條件的限制,立柱間距至設(shè)計(jì)不合理,在具體設(shè)計(jì)和施工過程中肋板拱結(jié)構(gòu)的合理拱軸線系數(shù)分配不合理,拱橋整體的彎矩分布情況不合理,支撐點(diǎn)周圍在沖擊荷載作用下很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中病害,進(jìn)而誘導(dǎo)立柱支撐點(diǎn)位置周邊出現(xiàn)應(yīng)力集中荷載裂縫;此外,在立柱支撐位置和橋面板結(jié)合位置容易出現(xiàn)因偏心荷載引起的橋面鋪裝應(yīng)力開裂,進(jìn)而累及橋面伸縮縫結(jié)構(gòu)的承載能力和抗變形剛度;在立柱支撐點(diǎn)為和橫向聯(lián)系梁結(jié)合位置出現(xiàn)嚴(yán)重的開裂病害,由于鋼筋混凝土肋板拱支撐接頭位置處于外部的密封混凝土出現(xiàn)空洞和麻面,部分嚴(yán)重病害區(qū)域誘導(dǎo)發(fā)展成為可見裂縫。鋼筋混凝土肋板拱橋支撐立柱底部附加墊梁病害也較為普遍,支撐柱對(duì)應(yīng)聯(lián)系排架上的墊梁也存在較為普遍的豎向開裂,且大部分開裂存在于支撐柱側(cè)面的附加墊板上,且部分裂縫逐級(jí)延伸到墊梁頂部[2]。

        2 鋼筋砼拱橋主要病害成因分析

        2.1 鋼筋混凝土拱橋肋板開裂病害成因

        鋼筋混凝土拱橋拱肋結(jié)構(gòu)由于體積較大,且大部分拱橋結(jié)構(gòu)施工場地受限明顯,因此,絕大多數(shù)的鋼筋混凝土肋板拱橋的拱肋均采用工廠化預(yù)制。由于受到預(yù)制環(huán)境溫度的影響,導(dǎo)致鋼筋混凝土肋板出現(xiàn)明顯的溫度收縮效應(yīng),進(jìn)而誘導(dǎo)出現(xiàn)肋板壁開裂。受到施工環(huán)境溫度的影響,導(dǎo)致拱肋內(nèi)外出現(xiàn)明顯的溫差效應(yīng),材料在熱脹冷縮機(jī)理的影響下內(nèi)外變形無法同步進(jìn)而誘導(dǎo)肋板出現(xiàn)開裂和大變形。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也屬于典型的溫度敏感型材料,隨著溫度的變化,結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的自由變形和約束變形,一旦變形被約束將導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)明顯的拉應(yīng)力,一旦拉應(yīng)力超出鋼筋混凝土表面的開裂應(yīng)力將誘發(fā)表面開裂病害。此外,在鋼筋混凝土拱肋吊裝施工過程中,在施工荷載的作用下將進(jìn)一步誘導(dǎo)肋板裂縫擴(kuò)展。在尚未承載的前提下結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在明顯的自重應(yīng)力效應(yīng),在自重應(yīng)力和約束的作用下,以荷載開裂的方式釋放內(nèi)部集聚的能量。鋼筋混凝土拱肋吊裝施工過程中,預(yù)制過程中的應(yīng)力和溫度收縮位置的原始開裂最終將落在因自重引起的內(nèi)力上承擔(dān),如果原始裂縫端部的抵抗力無法抵消拱肋承擔(dān)的自重應(yīng)力,將導(dǎo)致原始裂縫繼續(xù)擴(kuò)展。

        2.2 鋼筋混凝土拱橋拱軸線大變形病害成因

        在鋼筋混凝土拱肋施工過程中,拱肋板在節(jié)段吊裝及施工拼接過程中由于施工技術(shù)和外部環(huán)境的耦合影響導(dǎo)致定位存在較大偏差,由于前期定位不精準(zhǔn)導(dǎo)致后續(xù)成橋以后結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在較大的內(nèi)應(yīng)力,引起主梁線型和合理共軸線設(shè)計(jì)不合理;在后期服役過程中,在車輛荷載和拱肋自重的耦合作用下,鋼筋混凝土拱橋整體出現(xiàn)不同程度的塑性變形,在局部沖擊荷載和長期超重荷載的作用下將引起不可恢復(fù)的塑性變形。在施工過程中,合理共軸線偏差主要是由于施工現(xiàn)場監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集誤差和節(jié)段焊接和拼裝過程中的連接強(qiáng)度無法滿足預(yù)期強(qiáng)度,在后續(xù)運(yùn)營過程中,在車輛荷載和自重的耦合作用下將出現(xiàn)嚴(yán)重的不可逆變形,最終導(dǎo)致實(shí)際共軸線和合理共軸線存在較大偏差,導(dǎo)致拱肋在承載過程中出現(xiàn)偏心受壓,削減了拱肋截面的承載能力和抗變形剛度,降低了拱肋的總體承載能力[3]。

        3 結(jié)語

        綜上所述,鋼筋混凝土拱肋橋的病害主要集中在拱橋拱肋及構(gòu)造梁病害和上承拱架立柱病害兩大部分;在工程施工實(shí)踐中,必須詳細(xì)判別具體的病害出現(xiàn)位置,明確具體病害的成因機(jī)理和原因,采取針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行處治,以最大程度提高鋼筋混凝土拱肋橋的可持續(xù)、健康服役能力,提高橋梁養(yǎng)護(hù)作業(yè)的精準(zhǔn)性和效率。

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