2021-4-13 | 桥梁工程论文
1梁式桥梁的梁体裂缝
(1)弯曲裂缝
在混凝土梁上施加弯距时，将产生弯曲裂缝。弯曲裂缝也称垂直裂缝。对于弯构件和压弯构件来说，弯曲裂缝首先出现在弯矩最大的截面的混凝土受拉区。梁板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中，从底边开始向上发展，负弯矩裂缝位于连续梁或悬臂梁板的支座附近，自上向下发展。随着荷载的增大，裂缝宽度增大，长度延伸，裂缝数量增加，裂缝区域逐渐向两侧发展。
(2)剪切裂缝
剪切裂缝有时也称斜裂缝，首先发生在剪应力最大的部位。对受弯构件和受压构件，往往发生在支座附近，由下部开始，沿着与轴线成25。一50。左右的角度裂开。随着荷载的增大，裂缝长度将不断增长并向受压区发展，裂缝缝数不断增多并分叉，裂缝区也逐渐向跨中方向扩大。剪切裂缝一旦出现，就应加强观察。如裂缝发展缓慢并限制在受拉区，还是允许的，但如裂缝不断发展或者裂缝已接近受压区，则不论其宽度和挠度如何都应及时给予必要的加固处理。
(3)断开裂缝
钢筋混凝土构件受拉时，进人整个截面的裂缝称为断开裂缝。受拉构件在荷载作用下，产生的裂缝均沿正截面开展，裂缝间距有一定的规律性。受拉构件在受力较小时，混凝土和钢筋均承受拉力，拉应力值较小，不超过混凝土的抗拉极限，这是未出现裂缝构件的工作状态。随着内力的增加，混凝土内拉应力达到其受拉极限，产生裂缝并退出工作，全部拉力由钢筋承担，这是允许出现裂缝的构件的工作状态。荷载继续增大，钢筋应力达到流动极限，钢筋伸长率较大，裂缝宽度超过设计规范允许宽度的许多倍，这时多为使用所不允许的或构件将接近破坏的状态。
(4)扭曲裂缝
混凝土构件受扭转与弯曲同时作用而产生的裂缝称为扭曲裂缝。该裂缝一般呈45。倾斜方向。钢筋混凝土构件在扭曲作用下，产生的裂缝一般有许多条，裂缝出现后混凝土保护层剥落，扭曲产生的扭矩改由钢筋承担，直至钢筋滑动时构件完全破坏。
(5)局部应力引起的裂缝局部应力引起的裂缝，主要表现在:墩台支座处受到较大局部应力;构件突然受到冲击荷载;预应力梁锚固端受到较大局部应力而引起的裂缝。
2混凝土结构的坏化
(1)碳化
碳化是水泥的水化物与碳酸起作用，形成碳酸钙和一种胶状物，碳酸一般是空气中的二氧化碳形成的。对于空隙不大的混凝土，初始碳化层具有使表面水泥浆密实的效果，从而形成进一步碳化的防护层，使碳化作用减缓。
(2)氯化物的渗人
氯离子渗人本身并不直接危害混凝土，但它的存在会破坏钢筋的钝化，使它暴露在被腐蚀的危险之下。混凝土的抗氯化物侵人能力取决于混凝土的渗透性和水泥浆成分与氯离子结合的能力。不同水泥制成的混凝土制品对氯离子渗透的抵抗作用是不同的，这是因为氯离子是通过在水泥中的水化物(水泥石)固有空隙中扩散而渗透的。
(3)碱硅反应
碱硅反应发生在集料中某种类型的硅与水泥浆中氢氧根离子作用而形成的硅酸钙水化物，其体积膨胀足以使混凝土破裂。碱硅反应又称碱骨料反应，它可在混凝土灌注后过许多年才发生。当没有大量的钙存在时空隙中溶液只有碱性的氢氧溶液，从而形成相对游离的碱硅胶，这种胶受继续生成的胶挤压整个空隙或微裂而使混凝土结构破坏。
(4)硫酸盐侵蚀
硫酸盐离子与水泥中铝酸盐反应生成钙钒石和石膏结晶，这是一种膨胀性反应，可引起混凝土的严重开裂。钙钒石中的铝成分开始必须由水泥提供，所需大量的硫来自人侵的硫酸离子，钙则由氢氧化钙的溶液提供，并通过硅酸钙水化物中硅钙比值的降低来提供。钙钒石(又称水泥杆菌)和石膏的结晶沿着裂缝发展的情况清楚地说明了它们是从溶液中沉积下来的。所不清楚的是由于结晶的发展而形成裂缝，还是由其他原因形成了裂缝，而结晶向裂缝发展。在实验室条件下亦可说明钙钒石的大量生长足以使混凝土破坏。
(5)酸侵蚀
在工业环境中碳酸和硫酸是最常见的侵蚀混凝土的物质。碳化是碳酸和水泥中的水化物反应的结果。一般情况下，混凝土的碳化是比较缓慢的。但是当酸性水流过混凝土表面时，碳化速度将急剧加快，因为氢氧化钙被溶解而流失后，将新的表面连续地暴露在侵蚀环境之下，即使混凝土质量密实良好也无济于事。
3.市政桥梁工程结构性病害的处置措施
3.1预应力钢丝束一喷射混凝土加固
这种方法是沿梁腹侧面按抛物线形敷设预应力钢丝束，在梁底每隔一定距离(50一100咖)设置一个定位箍圈，或在梁腹上埋设定位梢，用来固定钢丝束的几何形状。钢丝束的两端穿过梁端翼板上的斜孔伸至梁顶锚固。对钢丝束施加预应力后，再喷射混凝土作保护层，防止腐蚀。由于设置预应力钢丝束将会增加梁上缘的压应力，可能会造成桥面板的损坏，所以当验算桥面板的强度不足时，还应同时考虑加厚桥面板，并使新旧混凝土结合为整体，共同受力。必要时可在原桥面上布设一层钢筋网，再现浇一层混凝土桥面板，增加桥面板的抗压强度。这种加固技术所用的设备简单，不减少桥下的净空，采取半边施工措施和喷射混凝土作钢丝束的保护层，可以不中断桥上交通进行加固补强。
3.2混凝土结构坏化的防治方法
(1)改进混凝土成分，提高混凝土密实性及抗腐蚀能力。提高混凝土质量，减少其渗透性，可以减缓碳化及氯离子作用的速度，此外混凝土抗氯化物侵蚀的能力还取决于水泥浆的成分与氯离子结合的能力，例如掺人硅灰可以提高混凝土对氯离子的抵抗力。即磨细粉煤灰水泥制成的混凝土要比普通硅酸盐水泥有较好的抗侵蚀能力，如果将磨细粉煤灰水泥的细度进一步提高的话，效果将更加明显。
(2)电化学处理法，电化学处理法主要通过非破坏性的方法使污染了的钢筋混凝土重新碱化或脱盐。重新碱化的目的在于提高已碳化混凝土的PH值，使之达到不能发生腐蚀的水平，而同时钝化埋置的钢筋、碱化物质在一个电力场的影响下，从一个临时的阳极源输人碳化区，常用的阳极系统包括一个喷涂纤维素的纤维储存器，能够喷涂到任何几何细节或暴露骨料的表面。这一工序只需几天就能完成。脱盐的目的是除去氯离子并钝化埋置的钢筋。氯离子通过混凝土，在一个电力场的影响之下输送到一个临时的外部阳极系统，结果使氯化物含量显著地减少，钢筋上的腐蚀坑就变得不活跃了，并使钢筋重新钝化。
(3)碳化及氯离子腐蚀抑制剂MFP，MFP是加拿大研究人员研制的单氟磷酸钠溶液。当MFP一经施涂于混凝土，它主要通过毛细管的输送，渗透过混凝土的保护层到达埋置的钢筋，与钢筋表面的氧化膜及腐蚀产物起化学反应，并通过约束钢筋表面阳极腐蚀)的范围来加强自然保护。其结果是既保护了已碳化混凝土中的钢筋，又提高了氯离子的腐蚀限，从水泥重量的住4%提高到2%。即使氯离子的浓度较高，也能显著地降低腐蚀的速度。用MEP浸渍的混凝土还能提高其抗拉强度和抗冻融能力。这种现象是因为MFP与混凝土中的钙和氢氧化钙作用而生成一种稳定的磷酸盐化合物。
(4)阴极保护法，实际上阴极保护法也是电化学处理法的一种，它只是用于沿海地区盐害比较厉害的地区。阴极保护法是以混凝土结构物的内部钢材为阴极，与海水中相向的阳极之间通以微弱的直流电流数月，由此把海水中溶存的钙和镁等从结构物的裂缝处和表层部以碳酸钙和氢氧化钙的形式析出。
作者：薛银山 单位：中交第一公路工程局厦门工程有限公司