大量的空心板橋出現不同程度的病害,主要表現在以下幾個方面:
(1)橋面鋪裝縱向開裂,且裂縫有規律地分布在行車道、鉸縫上方的位置;
(2)預制空心板間鉸縫混凝土出現松動、開裂或剝落的現象;
(3)鉸縫和墩臺帽出現明顯的滲水痕跡,并因水分侵蝕而堿化;
(4)車輛行駛時,相鄰板上下錯動而形成臺階。
對于預應力混凝土空心板橋,梁端至L/4范圍內還存在縱向裂縫和腹板斜裂縫。在役空心板橋主要病害如圖所示。
當空心板橋出現以上病害時,表明結構有可能形成單板受力狀態,即板間的橫向聯系破壞,使得單塊空心板單獨承受車輪荷載作用。單板受力狀況的出現,使預制板的承載能力大大降低、撓度增大,這意味著在正常荷載作用下預制板超出了極限狀態,正彎矩處將產生裂縫。當裂縫發展到一定程度時,板內鋼筋會受有害介質的侵蝕而銹蝕,混凝土材料的性能也因此不斷降低,板的剛度也相應降低,從而使板的壽命相應縮短。
1 鉸縫病害
鉸縫開裂、脫落等病害的產生原因可主要歸結于計算理論、設計因素、施工因素、其它因素。
計算理論方面。鉸接板計算理論假設豎向荷載作用下鉸縫只傳遞豎向剪力,然而空心板鉸接縫處受力復雜,用傳統的鉸接板計算理論不能滿足目前交通運輸發展下橋梁的使用要求。
設計方面。計算理論方面的不足直接影響了空心板橋鉸縫結構的設計。鉸縫結構尺寸偏小,縫間連接鋼筋薄弱,設計中沒有足夠重視新舊混凝土之間的粘結力弱化問題均會導致鉸縫病害的產生。
施工方面。施工隊伍普遍對鉸縫不夠重視,不能做到嚴格按照規范和施工工藝的相關要求進行施工。鉸縫混凝土振搗不密實,鉸縫內鋼筋保留不全,鉸縫底部用布條、麻布等雜物填充,沒有澆筑鉸縫砂漿等,均會導致鉸縫混凝土強度達不到設計要求。澆注鉸縫混凝土前對空心板側沒有認真鑿毛,不仔細清除鑿毛產生的松動混凝土塊,或是沒有將板側進行灑水濕潤,都會降低新舊混凝土之間的粘結能力。
此外,超載車、地震、下部結構不均勻沉降等其他非正常原因也能導致鉸縫的破壞。唐先習通過試驗分析得出超載車輛產生的疲勞作用會對鉸接板結構產生較嚴重的破壞。在大幅值疲勞荷載作用下,深鉸縫的應用性能要好于淺鉸縫。
2 空心板裂縫
空心板常見病害形式之一為正彎矩處的橫向裂縫,主要是由于梁板之間的橫向聯系破壞,車輪荷載不能得到有效傳遞,導致單塊空心板承受的車輪荷載作用大于設計荷載而開裂。
3 橋面系病害
橋面鋪裝既保護行車道板不受車輛直接磨損、防止板遭受雨雪侵蝕,還起著分布車輪荷載的作用,對荷載的橫向傳遞有利,橋面鋪裝產生裂縫或損壞必然會影響板的受力。橋面鋪裝發生不同程度的裂縫或損壞的原因,可分為設計因素和施工因素。
設計因素包括:橋面鋪裝層設計理論不足;荷載因素考慮不充分;橋面鋪裝層混凝土強度不足;橋面鋪裝層厚度局部偏?。粯蛎驿佈b層配筋偏小;排水設計不合理;橋面板剛度不夠等。
施工因素包括:橋面鋪裝層與梁板粘結不好;橋面鋪裝層鋼筋網定位不準確;橋面鋪裝層混凝土施工控制不嚴格;橋面鋪裝層特殊位置處理不當,如施工縫、伸縮縫以及橋梁拓寬改建時新老橋交界處;橋面鋪裝層混凝土養護較差;橋面防水層的影響等。
鋪裝縱向開裂機理:運營期間縱向開裂主要原因為橋面溫度應力和荷載應力疊加造成;施工期間縱向開裂是溫度應力和微差收縮應力疊加造成。橋面鋪裝縱向開裂是由于空心板橋的橫向剛度較小,板間橫向傳力靠鉸縫和鋪裝層共同承擔。在行車荷載作用下,板縫間鋪裝層受彎剪作用,且以抗剪為主。受長期重復荷載的作用,橋面鋪裝極易發生疲勞破壞,沿板縫縱向開裂。當橋梁承受超限車載時,主板撓度進一步加大,從而加劇橋面鋪裝的縱向開裂。
4 整橋病害
鉸縫是板間傳遞內力的關鍵構件。鉸縫損壞會大大削弱板間的橫向聯系,進而增大板受力,最終形成單板受力狀態。
橋面鋪裝既保護行車道板不受車輛直接磨損、防止板遭受雨雪侵蝕,還起著分布車輪荷載的作用,對荷載的橫向傳遞有利,橋面鋪裝產生裂縫或損壞必然會影響板的受力。
空心板承受外荷載作用離不開下部結構的支撐,是支座將上部結構荷載傳遞到下部墩臺,支座的損傷會導致橋梁受力狀態的改變。
除了以上原因,超載因素和行車軌跡過于規則也是導致空心板各個病害產生的重要原因。從現實的交通狀況看,實際行駛的重載車輛普遍存在超載運輸現象。據調查,高等級公路上空心板橋損壞情況較一般等級公路嚴重。盡管高等級公路采取了限制措施,在利益驅動下仍有重載車選擇夜間行駛。超載車輛載重大、車速慢,形成“重車集中、成串通行”現象,給橋梁和路面造成嚴重的損壞。車輛荷載在小跨徑橋的荷載總效應中所占比例遠大于大、中橋,所以超載對小跨徑空心板橋尤為不利。高等級公路,尤其是高速公路對行車道的劃分,使車輛行駛軌跡具有規律性。重車一般行駛在靠右側的行車道上,大大提高了若干空心板塊承受重車荷載的機率,致使這些板塊間的鉸縫更容易發生破壞,各支座壓縮變形不均勻。
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