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桥梁结构耐久性分析
发布时间:2014-07-15
摘要:随着我国交通基本建设的快速发展,钢筋混凝土结构被广泛应用于桥梁建设中,一直被认为是一种具有优良耐久性的结构形式 但是,近年来大量的服役桥梁存在安全隐患,钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效,达不到预定的服役年限。关键词:钢筋混凝土桥梁;控制措施;控制方法
钢筋混凝土桥梁是目前我国桥梁工程中建造最多的桥梁之一,其在实际使用过程中,由于长期承受着静载、动载和变形荷载(温度、收缩、不均匀沉陷)等作用,不可避免地会产生混凝土开裂、破损等,这将影响到桥梁结构物的正常使用,严重的甚至引起交通事故及缩短耐久性。
1混凝土配合比设计方案
对混凝土种类、标号、坍落度,以及各项原材料规格等,按照规范要求进行审报,并由监理试验室进行验证试验,以获得合理的砼配合比设计方案。因此,至少要在浇混凝土5周前报送混凝土配合比设计方案,经审定后,监理工程师以书面行式批复给承包商,承包商据此施工。在施工过程中如遇某种情况需要变更配合比,承包商仍应按上述程序报送监理工程lJ币,经批准后再改动,非经监理工程师书面批准,配合比不得变更。报送的配合比应有各种集料的混合比例及混合后的级配曲线、集料与水泥的重量比、水与水泥的重量比、外掺剂用量比例、原材料来源及各项指标,此外还应有混凝土浇筑与养护的方法,混凝土和易性及坍落度等。
2影响桥梁混凝土结构耐久性的因素
1)桥梁设计的标准低。我国在上世纪80年代以前建设的桥梁的设计荷载标准较低,然而,随着经济建设的发展和交通量的日益增多、繁重,以前设计标准较低的公路桥梁却仍在使用,它们早已不能满足现阶段的交通需要,其本身的安全性和耐久性问题随时都可能发生,因此,存在较大的安全隐患。
2)桥梁设计理念不合理。在设计过程中,设计者仅考虑桥梁的结构强度、计算结果满足规范要求,却忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及使用全过程中经常 现的人为因素等方面综合计算桥梁混凝土结构的耐久性。另外,保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄等等原因,都会严重影响桥梁的耐久性。
3)材料因素:①混凝土中的高碱性溶液可以使钢筋表而形成一层惰性的水化氧化铁薄膜,可以阻止钢筋的锈蚀。但氧化铁薄膜被破坏后,钢筋会生成铁锈,铁锈的体积比铁大的多,易引起混凝土的开裂,使钢筋和混凝土的有效工作面积减小,此外,锈蚀钢筋的强度和塑性性能下降,这些都会导致钢筋混凝土构件结构性能下降。对于预应力钢筋混凝土结构来说,钢筋锈蚀会对结构性能产生更加严重的影响。②混凝土的碳化是指空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用,使其成分、组织和性能发生变化,从而引起使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。当混凝土完全碳化后,就会出现pH
3提高桥梁混凝土结构耐久性的措施
1)耐久性方案设计。充分考虑各种可变因素对钢筋混凝土结构使用寿命的影响,如环境温度、混凝土内应力、裂缝等,以建立使用寿命预测系统,为耐久性方案的设计提供指导和依据,制定有针对性的耐久性解决方案。提高混凝土保护层厚度。这是提高钢筋混凝土使用寿命的最直接、简单而且经济有效的方法。但是保护层厚度并不能不受限制的任意增加,当保护层厚度过厚时,由于混凝土材料本身的脆性和收缩性会导致混凝土保护层出现裂缝,反而削弱其对钢筋的保护作用。限制裂缝宽度。研究表明,相同条件下带裂缝工作的钢筋混凝土构件,其主筋锈蚀的速度为不带裂缝工作构件的3倍,箍筋锈蚀的速度可达主筋的5倍,因此,应对裂缝进行严格限制。慎重设计桥面防渗构造。桥面渗水的排除和防渗漏是提高桥梁耐久性的有效措施。从20世纪60年代起开始使用防水混凝土构造,但其实际防水效果尚未得到证实。
2)采用新材料、新技术、新工艺。高性能混凝土的强度和耐久性都优于一般概念的混凝土,高性能混凝土中加入了比水泥颗粒小约100倍的胶凝材料(如硅粉、优质粉煤灰等),并采用高效减水剂降低水灰比,采用高强度的骨料。其结果减小了骨料与胶凝材料间的孔隙率,改善了混凝土的渗透性,从而大大提高了混凝土的耐久性。混凝土中掺入的耐久性改善剂,可填充于混凝土孔隙中,提高混凝土的密实度与抗渗性,并能进一步降低混凝土的干缩,提高混凝土的抗冻性及耐酸性。在混凝土中掺加引气剂,对于提高混凝土的密实性、施工性、抗冻性等有很大的作用,特别是可成倍地提高海洋环境中混凝土的抗冻融循环能力。而我国运用引气剂较少,应大力发展,尤其在北方盐冻地区使用更具有应用价值。
3)重视养护管理。充分重视桥梁的超载问题。目前,在我国公路运输中普遍存在桥梁通行的车流量超过原设计量和车辆严重违规超载的问题。对已建工程应定期检查与评定,对于同一个工程结构物应形成连续的资料,对于重要的构造物甚至可以安装全过程监测系统。只有积累大量的资料,才能为科研部门的研究工作和管理部门的决策提供宝贵的资料和依据。做好日常的养护工作,较早地发现缺陷、损坏等异常情况,提出养护措施,从而延长桥梁的使用寿命;另外,还要掌握交通状况,严格管理超载车、特种车过桥,并采取相应的防护、加固措施,减小桥梁损坏。对可能发生台风、暴雨、暴雪、地震、火灾、流冰、洪水危害的桥梁,应做好各种防范措施及应急处理措施。对需要进行限载、限速或停止交通的桥梁,应及时进行交通管制。对桥梁各部分经常保养,对检查发现的缺陷、损坏处进行及时的维修,对检验不能维持原设计载重等级要求的,应有计划地进行维修加同,建立和健全完整的桥梁技术档案。
4结束语
耐久性失效是导致桥梁混凝土结构在正常使用状态下失效的最主要原因。钢筋混凝土桥梁裂缝虽然是一种比较突出的质量通病,但只要从多方面加强管理和控制,严格遵守施工规程,裂缝是可以得到控制和预防的。同时,对已发生的裂缝,根据其不同特点采用相应的处理方法,可使裂缝对构建或结构的危害降到最小。加强对桥梁钢筋混凝土结构耐久性的研究,树立全寿命设计的理念,对于节约不可再生资源、保护环境和维持国民经济的可持续发展,都具有非常重要的意义。
参考文献
[1]姜喜涛.如何预防及控制混凝土桥梁裂缝[J].民营科技,2008,2.
[2]闻宝联,涂光备,刘凯利,等.钢筋混凝土桥梁病害调查与处理措施研究[J].桥梁建设,2004,1.
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