第３０卷第７期２０１２年７月河南科学ＨＥＮＡＮＳＣＩＥＮＣＥＶ０１．３０Ｎｏ．７Ｊｕｌ．２０１２文章编号：１００４—３９１８（２０１２）０７—０９４６—０３预应力混凝土桥梁常见病害及原因分析王东威（河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，郑州４５００５２）摘要：归纳了既有预应力混凝土桥梁的常见病害特征，并对裂缝产生的原因进行了细致的分析．对完善预应力混凝土桥梁设计理论、桥梁健康监控、施工技术等方面具有很好的指导意义．关键词：预应力混凝土桥梁；病害；裂缝中图分类号：Ｕ４４５文献标识码：ＡＣｏｍｍｏｎＤｅｆｅｃｔｓａｎｄＣａｕｓｅｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＢｒｉｄｇｅｓＷａｎｇＤｏｎｇｗｅｉ（ＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＰｌａｎｎｉｎｇＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５００５２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｍｍｏｎｄｅｆｅｃｔｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｒｉｄｇｅｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ；ｔｈｅｃａｕｓｅｃｒｅａｔｅｄｔｈｅｃｒａｃｋｉｓａｎａｌｙｚｅｄｄｅｔａｉｌｅｄｌｙ．Ｔｈｅｗｏｒｋｃａｎｐｅｒｆｅｃｔｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｒｉｄｇｅｄｅｓｉｇｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｂｒｉｄｇｅｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｒｉｄｇｅ：ｄｅｆｅｃｔ；ｃｒａｃｋ桥梁建成投入使用一段时间后，不可避免地出现各种损伤和缺陷．这些都将导致结构承载能力下降、结构性能劣化、耐久性降低，使其运营状况不能满足需求．对既有预应力混凝土桥梁结构进行检测，充分了解桥梁的实际状况，对准确评估桥梁的实际承载能力，尽量避免费用高昂的桥梁构件替换以及延长桥梁的使用寿命，具有明显的技术和经济上的意义．同时又可以提示潜在危险，及时做出维修或拆除决策，避免重大事故的发生．１桥梁的常见病害［卜４１通过对多座预应力混凝土桥梁的调查分析，总结既有预应力混凝土桥梁的常见病害特征如下：①桥面不平整，铺装层出现不规则的网状裂缝：在超载、超限车辆的长期作用下，在尚未达到设计年限期时，桥面板即出现凸凹不平或网状开裂的特征；②桥头跳车：对运营数年的预应力砼桥梁而言，桥头跳车是一种普遍的病害现象．据调查，台后路面与桥台路面高差普遍在２～３ＣＨ左右，明显存在台阶．③砼开裂：在预应力砼桥梁中，梁体开裂是一种较为普遍的现象．裂缝按其开裂部位可为：箱梁顶、底板开裂，腹板开裂，齿板开裂，预应力锚头附近局部应力引起的开裂等．这些裂缝如不及时发现并维修，就会使小裂缝发展成大裂缝，小病酿成大病．④钢筋锈蚀：钢筋锈蚀体积膨胀导致砼开裂或表面砼成块脱落．砼开裂后又使原来处于砼保护层下的钢筋暴露于空气中，如此恶性循环，如不及时维修养护，对桥梁的危害也是并不可忽视的．⑤桥梁附属构筑物的病害：伸缩缝装置设置在梁端构造上较薄弱部位，受桥面温度的变化影响和车辆荷载作用，频繁不断地伸缩变形，很容易损坏，不仅影响行车的舒适性，而且由于伸缩缝的损坏可能使水向下渗漏到梁主体结构和造成支座锈蚀等破坏．这些病害的存在，极大地影响着桥梁结构的正常使用功能．正如人体健康过程是一个动态过程一样，桥梁结构的“疾病”也是可以转变的过程．小的病害如不及时处理，将会演变成大的病患，而及时的监控、诊收稿日期：２０１２—０３—１０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０５０８０４０）作者简介：王东威（１９７４一），男，河南巩义人，高级工程师，工学硕：｝，主要从事桥梁结构设计和检测．万方数据２０１２年７月王东威：预应力混凝土桥梁常见病害及原因分析一９４７一断、治疗则会使结构处于安全的状态．２预应力桥梁常见裂缝产生原因在预应力混凝土桥梁中，由于各种原因产生的裂缝使得结构处于相对不利的状态，如何有效地判别裂缝产生的原因，对后期的加固维修有着至关重要的作用．通过多个桥梁裂缝特征状况分析，总结预应力混凝土桥梁中常见裂缝产生原因如下：２．１材料质量不好①水泥质量不好，浇注后产生不规则裂缝．②骨料不好：一是当骨料含泥量过大时，随着混凝土干燥、收缩，出现不规则裂缝．二是当骨料是反应性或风化骨料时，在混凝土硬化后将出现裂缝．２．２施工质量不好①混凝土搅拌、运输时间过长，使混凝土凝固速度加快，在整个结构上产生裂缝．②模板移动或鼓出，使混凝土在浇注后不久产生与模板移动方向平行的裂缝．③支架下沉、脱模过早、不均匀下沉，使混凝土在浇注后不久产生裂缝．裂缝宽度比较大，有的达１～２ｍｍ．其裂缝图如１所示．图１施工质量问题产生的裂缝Ｆｉｇ．１Ｃｒａｃｋｂｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍｓ④接头部位处理得不好，造成预制构件装配时的施工接缝和现浇混凝土时的新旧混凝土缝变成裂缝．由于安装时支座设置工作粗糙，使支点处与桥轴垂直方向上形成倾斜扭裂．⑤养生不好，塑性收缩状态将会在混凝土表面发生方向不定的收缩缝．裂缝深度较浅，约为钢筋保护层厚度，特别在空气干燥时浇注的混凝土更容易产生．⑥在振捣不充分，或析水多的混凝土，断面高度急变的部位，以及钢筋、导管等的保护层小的时候，常因混凝土的沉降，导致在混凝土刚浇注之后产生深度较浅的裂缝，通常裂缝沿钢筋或导管方向产生．⑦大体积混凝土、使用了早强水泥的混凝土，在冬季养生不够时，常因混凝土的水化热作用，在浇注后２．３ｄ产生裂缝，裂缝常以直线等间距出现．在新旧混凝土接头等处，沿着与接缝面的垂直方向产生裂缝．⑧水灰比大的混凝土，由于干燥收缩，在龄期２～３个月内容易产生裂缝．大体积混凝土有时在６～８个月内产生的．这类裂缝往往在开口、角隅等部位容易产生，特别是当浇注断面很薄，硬化后经过较长一段时间，更容易产生由于约束引起的收缩裂缝．对刚架结构等，如受梁约束之后浇注桥面板，也容易产生水平方向的裂缝．收缩裂缝多为贯通裂缝．２．３设计原因导致产生裂缝①当设计的混凝土抗压强度不够时，在承压应力大的部位，由于出现局部拉应力，常常导致产生裂缝，如图２所示．②加固钢筋和构件截面面积不足时，常因扭曲或在局部应力作用下，在构件较弱的部位产生裂缝，如图３所示．图２混凝土抗压不足产生的裂缝Ｆｉｇ．２Ｃｒａｃｋｂｙｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈ角隅处局部应力裂缝预应力钢丝图３钢筋不足时产生的裂缝Ｆｉｇ．３ＣｒａｃｋｂｙＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ③由于预应力不足，超载的永久荷载，二次应力，温度作用等产生剪切裂缝，近似按４５度倾斜，一般出现在支点与反弯点之间的区域，而且在设计中缺乏对多室箱梁腹板内剪力分布的认识，横截面设计中未考虑横截面的实际变形，如图４所示．④砼抗拉能力不足，将导致箱梁弯曲裂缝的发生，弯曲裂缝一般很小，结构不受万方数据９４８一河南科学第３０卷第７期损伤，但在外荷载反复作用下（汽车动力荷载及温度梯度）裂缝有可能会扩大，如图５所示．图４预应力不足产生的裂缝Ｆｉｇ．４Ｃｒａｃｋｂｙｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ图５混凝土抗拉力不足产生的裂缝Ｆｉｇ．５Ｃｒａｃｋｂｙｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ⑤在连续梁中，由于砼抗拉能力不足，在正弯矩区的梁底部和在负弯矩区的顶部一般可能弯曲裂缝这种裂缝，如图６所示．⑥由于腹板与底板受力不均所致箱梁底板上发生不规则底板裂缝，如图７所示．可能的图６梁底部和顶部产生的弯曲裂缝Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｃｒａｃｋａｔｔｈｅｂｅａｍｔｏｐａｎｄｂｏｔｔｏｍ２．４外界条件的变化①钢筋生锈将沿钢筋方向产生裂缝；②由于砼收缩和温差所致，使应力分布不均产生腹板收缩裂缝（见图８）；③由于混凝土收缩和较大的温差，在平衡悬臂施工的跨中合拢浇注段处，或在相邻箱梁翼板端部之间纵向合拢浇注段处，出现裂缝（见图９）；图７底板受力不均产生的裂缝Ｆｉｇ．７Ｆｌｏｏｒｕｎｅｖｅｎｓｔｒｅｓｓｃｒａｃｋ图８腹板收缩裂缝Ｆｉｇ．８Ｗｅｂｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎｃｒａｃｋ图９合拢段处裂缝Ｆｉｇ．９Ｃｒａｃｋｏｎｔｈｅｃｌｏｓｕｒｅｓｅｇｍｅｎｔ④化学作用（碳化、海水腐蚀等）将使砼表面产生细裂缝和恶化：⑤基础不均匀下沉，使结构产生裂缝；⑥由于通行车辆超过设计荷载，在梁的受拉边产生裂缝．由以上桥梁病害特点可知，为了避错‘疾病”的发生，在治疗“疾病”的过程中，要采取检测（检查）、判断、治疗（维修、加固）等一系列措施．对桥梁损坏的检查，是为了系统地掌握桥梁的技术状况，及时发现缺损和异常情况，以便加强养护和进行修理加固，便于分析桥梁的损坏原因．３结论对既有预应力混凝土桥梁的检测及病害特征分析，将是一项具有重大实际意义和社会经济效益的研究课题，它对于桥梁设计、施工及运营管理、日常养护具有重要的指导意义．因此，建立桥梁的健康安全档案，是很有必要的．，参考文献：［１］杨文渊，徐彝．桥梁维修与加固［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９４．［２３郭宁，冯艳，张令心，等．钢筋混凝土简支梁桥典型病害分析明．世界地震工程，２０１１，２７（２）：１７０—１７８［３］廖玉凤，王伟．既有混凝土桥梁病害特征及病因浅析啪．四川Ｉ建筑科学研究，２００６，３２（５）：６３—６６．［４］刘椿，朱尔玉，朱晓伟．受腐蚀预应力混凝土桥梁病因分析啪．铁道建筑，２００６（１）：３３—３５．Ｅ５］蒙云．桥梁加固与改造Ｉ－Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，１９８９．［６］宋郁民，刘媛．钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁斜裂缝原因探讨Ⅱ］．铁道标准设计，２００５（１２）：５９—６２．Ｅ７］曾庆响，韩大建．预应力混凝土箱梁桥的裂缝防治研究现状Ⅲ．工程力学，２０１０，２７（增刊Ｉ）：１８４—１８８．（编辑张松林）万方数据。