试述混凝土桥梁破坏的模式及耐久性设计的若干问题

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:a1470447
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:目前的钢筋混凝土桥梁设计中,对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注,既没有明确提出使用年限的要求,也没有进行专门的耐久性设计。结构的耐久性设计与常规的结构设计有着很大的区别,目前应努力将耐久性的研究从定性分析向定量分析延伸。
  关键词:钢筋混凝土;桥梁;模式;耐久性
  Abstract: The currently reinforced concrete bridge design, durability more just as a concept attention, neither clearly useful life requirements, no special durability design. The durability of the design of the structure has a big difference with the conventional structural design, efforts should be made to the durability research from qualitative analysis to quantitative analysis extends.    Key words: reinforced concrete; bridge; modes; durability
  中图分类号:U445文献标识码:A 文章编号:
  引言
  长期以来,许多设计人员往往只满足于设计规范对结构强度计算上的安全度需要,而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构使用、结构耐久性以及从设计、施工到使用和维护全过程中经常出现的人为错误等方面去加强和保证结构的安全性。
  1钢筋混凝土桥梁破坏的主要模式
  根据调查归纳,钢筋混凝土桥梁的破坏模式可以分成以下几类:
  1.1 盐结晶胀裂模式
  在海滨或跨越河流(特别是排污河)以及盐渍土地区的桥梁墩台经常发生此类破坏。由于毛细作用,混凝土孔隙中充满了液体,当水位及环境温度变化时,液相中的盐份析出,在一定温度和湿度下转化为体积膨胀的结晶水化物,使混凝土结构胀裂,进而导致钢筋锈蚀,体积膨胀,加重了混凝土的开裂,造成恶性循环。
  1.2 水冻融破坏模式
  这种破坏模式主要发生在我国的三北地区。水在负温下发生相变,转化成冰,体积膨胀9%左右。当混凝土处于饱水状态,因温度的降低,毛细孔中的水结成冰,对周围造成挤压,反复的结冰、融化,长此以往使混凝土结构疏松,失去强度。
  1.3 盐冻破坏模式
  为保证冬季雪后道路交通畅通,在立交桥梁上为融化冰雪大量采用除冰盐是通常的做法。调查发现,使用10~20年左右的桥梁,除冰盐对钢筋混凝土桥梁结构的钢筋产生严重的腐蚀;使用不到10年的桥梁,在氯离子影响范围,钢筋也处于锈蚀状态。由于我国北方冬季气候非常干燥,使用除冰盐后,盐水很容易进入结构混凝土,在干湿条件下,高浓度化冰盐能产生足够高的盐结晶压和渗透压,造成混凝土膨胀破坏.由此引起的盐冻剥蚀危害比水冻剥蚀更为严重。
  1.4 钢筋锈蚀破坏模式
  当存在混凝土保护层偏薄、有裂缝、抗掺性能差、氯盐侵入等原因,钢筋与渗入的水份、无机盐、氧气等反应引起钢筋锈蚀,锈后体积膨胀,使混凝土开裂并与钢筋剥离。甚至引起混凝土大面积疏松、脱离。混凝土破坏又进一步加剧钢筋的锈蚀,形成恶性循环。
  1.5 结构受力破坏模式
  钢筋混凝土桥梁结构中,不可避免地由于温度应力、收缩徐变、荷载作用、地基不均匀沉降等原因造成结构混凝土开裂,开裂部位受到渗漏水等的侵蚀,引起裂缝迅速开展。并向结构内部延伸,直接侵蚀钢筋。钢筋的锈蚀又加剧了混凝土裂缝开展,导致混凝土大面积松散以致脱落。
  1.6 碱—骨料反应破坏模式
  碱—骨科反应是指骨料中活性组分与混凝土中的碱发生反应并导致混凝土膨胀开裂。碱骨料反应主要分为两类:碱—硅酸反应和碱—碳酸盐反应。发生碱骨料反应要有三个条件:①有活性骨料;②水泥或混凝土中合碱量过高;③要有反应所需的水分。
  1.7 综合破坏模式
  当存在多个因素造成混凝土破坏,而且主次不明显,或者这些因素间存在明显的协同效应,造成的混凝土耐久性急剧下降,称为综合破坏模式。一般说来,单一因素造成的破坏较少,以多种因素造成的综合破坏为多。
  2 钢筋混凝土结构耐久性设计的主要内容
  2.1 混凝土材料的选择
  混凝土应选用低水化热、低C3A含量、偏低含碱量的水泥。混凝土的骨料宜选用坚固耐久的洁净骨料,重视粗骨料级配及粒形,可以将适量引起作为常规手段,宜采用偏低的用水量并限制单方混凝土中水泥材料最低和最高用量,尽可能降低水泥材料中的硅酸盐水泥用量。
  2.2 上部结构细部设计
  ①桥面铺装。桥面铺装是桥梁与车辆直接接触的部件,也是桥面排水的第一道防线。桥面铺装一方面承受着汽车的冲击碾压剪切作用,另一方面又承受着主梁传递的反复应力和挠变,经常出现早期损坏,进而破坏桥面防水系统,最终导致主梁受桥面水影响而腐蚀主筋,铺装混凝土逐渐与主梁剥离,削弱了主梁的受力性能,影响了整个结构的安全性和耐久性。
  ②桥面防水层。桥面铺装与主梁之间的防水层是防止桥面水渗入主梁的第二道防线。不少设计中仅单一采用防水混凝土进行防水。
  由于防水混凝土属于刚性防水层,一旦开裂后防水性能便大为下降。
  ③主梁。主梁是全桥的主要承力构件,一般在设计当中均要进行整体分析和局部分析,重视程度很高,从理论计算角度均能满足规范要求。可是在实际运营当中,主梁(主要是箱梁)箱体内长期大量积水的现象时有发生,甚至积水灌满箱体的情况也有发生,极大地损伤了主梁的预应力钢筋和普通钢筋,使得主梁安全性大大下降。究其原因,很大程度上是对于主梁细节设计的不到位,主梁排水构造设置不够完善,桥面积水在长时间不能排出桥外时便通过梁顶裂隙进入箱体,进而在箱体内不断积累,最终形成箱体内积水。
  ④伸缩缝。伸缩缝是桥面的重要组成部分,直接影响着桥梁的伸缩性、舒适性。由于对主梁收缩徐变考虑不足,经常出现的问题是型号选择不当,导致梁端或在最高温度时挤压损坏,或在最低温度时拉坏梁体。伸缩缝在保证梁体纵向伸缩的同时,也应重视防水设计。在很多设计中,采用直线式伸缩缝,这样做固然设计比较方便,但在桥梁两端的护栏处成为主要的漏水区域。因此,建议选用横向两端有翘头的伸缩缝,使得整个伸缩缝形成一个闭合良好的U型槽,可以有效避免桥面积水沿伸缩缝这个排水薄弱环节下泄到分联梁端及分联墩盖梁上。
  2.3 下部结构的细部设计
  ①分联墩盖梁。分联墩处由于上部结构设置伸缩缝,桥面水经常通过伸缩缝薄弱环节泄漏到分联墩盖梁上,尤其是采用除冰盐的地区,分联墩盖梁长期承受着腐蚀性除冰盐水的腐蚀。因此,分联墩盖梁顶面应该设置横坡以便排走桥面流下的水,并且要在盖梁保护层厚度方面重点考虑防腐蚀要求。另外,为了防止腐蝕性盐水顺墩身流下,避免对墩身和桩基产生不利的影响,设计中可在盖梁挑檐上设置滴水槽。
  ② 桩顶。桥梁桩基安全直接决定着桥梁的整体安全,是桥梁设计的重中之重。桩基顶部与承台或墩身相连,受截面突变的影响,属于应力集中的部位。桥梁桩顶一般设计于地面线附近,受地面水、地下水、桥面排下的含除冰盐的冰水、地面土(尤其像盐渍土、土中有机质)等因素中的一种或几种的影响,经常处于干湿交替和腐蚀性环境,对于桩基顶部的钢筋混凝土耐久性产生较大的不利作用。因此,桩基尤其是桩顶的设计中必须要根据桩顶处的水位情况、土质情况合理判定环境等级,选择相应的耐久性设计标准,最终确定保护层厚度。
  3提高钢筋混凝土桥梁耐久性的措施
  国内外的研究和实践都表明,结构耐久性对于桥梁的安全运营和经济性起着决定性作用。
  3.1钢筋混凝土桥梁结构防水应着眼于“自身防护”,应用高性能混凝土
  自20世纪80年代以来,工程建设领域以提高耐久性为目标,广泛采用高性能混凝土。高性能混凝土不同于普通混凝土,它加入了比水泥颗粒小约100倍的胶凝材料如微硅粉、优质粉煤灰,并采用高效减水剂使混凝土可以采用较低的水灰比以及良好的养护条件。其结果是减小了骨料与胶凝材料间的间隙,使其粘结强度提高,在混凝土整体强度提高的同时,密实度增加,混凝土自身抗渗性提高,从而可大大提高混凝土的耐久性,这已在世界各地引起人们的广泛重视。
  3.2 钢筋阻锈剂的应用
  对于钢筋防护而言,在任何情况下混凝土质量都是最重要的。如果混凝土材料或施工质量不好,或设计有缺陷等都会加速病害的发生和发展速度。在高质量混凝土的基础上掺加钢筋阻锈剂,被认为是长期保护钢筋延缓腐蚀破坏、实现设计寿命的最简单、最经济和有效的技术措施。
  加入钢筋阻锈剂能起到两方面的作用:一方面推迟了钢筋开始生锈的时间,另一方面,减缓了钢筋腐蚀发展的速度。
  3.3 增加混凝土保护层厚度
  混凝土保护层的主要作用是使梁板内钢筋免遭锈蚀,尤其应注意与周围环境相联系,与混凝土的操作工艺相联系,以保证结构在应有的使用寿命期内,其功能完好。目前国际的总趋势宜使保护层适当加厚,以延缓因碳化引起的钢筋锈蚀,从而使结构物的耐久性得到增加,纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度,应根据环境类别及混凝土强度来确定。
  3.4桥面防水设计
  目前不少设计人员对桥梁防水设计重视不够,对防水材料,特别是对一些新型防水材料缺乏系统的了解,因而在设计图纸上无细化的防水设计、无选材说明,往往造成施工单位选材不当,降低了设计标准,影响桥梁使用寿命和耐久性。
  整体防水设计实际上就是将各个关键的细部防水处理进行汇总。它们之间既相对独立,又相互协防。设计的前提条件是防水效果好,选材符合桥梁的特殊性,防水层耐久,易于维护且经济合理,尽量不能有遗漏,同时,所用的处理方法应该是最适宜的。
  3.5桥梁结构防水设计
  桥面设计良好畅通的排水系统,是保持桥梁结构不受或较少受水蚀的条件,但考虑水侵蚀的影响,除主梁外还会涉及盖梁、墩柱、桥台等,这些部位的防水设计也十分重要。比如盖梁顶的排水坡、水中桥墩(特别水位变动区)等特殊部位。
  桥梁的防撞系统,是冬季除冰盐水最易危害的部位,对这部分结构的细致的耐久性设计是十分必要的,这不仅涉及防撞系统自身的耐久性,如前面提到的,它还涉及到与其相连接的主体结构的耐久性。防撞护栏与主体结构的连接应采用整体现浇,避免采用预制安装的形式,防止安装过程对桥面防水层的破坏以及预制块导致的桥面至主体混凝土结构的水通道。防撞护栏的自身抵抗氮离子侵蚀的考虑也是非常必要的。
  3.6 混凝土表面封闭处理
  密封剂和涂装材料的功能主要是减少钢筋混凝土结构中的电解液,从而减缓电化学锈蚀反应的进程。另外,密封剂和涂装材料还可以防止化冰盐、二氧化碳和氧气等对结构的侵入从而减缓钢筋的锈蚀,这类保护还可以降低冻融循环对结构的破坏,提高结构抗冻融循环的能力。使用渗透型密封剂保护钢筋混凝土桥梁不受水、化冰盐和酸雨的侵蚀已经是常规的做法了。相对低廉的成本和易于施工是这类材料的主要优点。
  4结论
  由于影响混凝土结构耐久性的因素很多,在工程实践中要不断进行总结,吸取经验教训。提高钢筋混凝土结构耐久性是一项系统工程,要从设计、选材与施工、维护各个环节着手,特别要以体现设计为前提、为龙头的指导思想改进我国桥梁防水、防腐结构设计。尽快改变目前我们在设计图纸上无细化的防水设计、无防水选材说明,造成防水设计上选材不当,降低设计标准,影响桥梁使用寿命和耐久性的现状。
  參考文献:
  [1]JTG D62-204 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社。
  [2] 穆祥纯. 城市桥梁结构防水技术综述[J]. 特种结构,2002
  [3]张誉 .混凝土结构耐久性概论[M].上海:上海科学出版社,2003.
其他文献
狂欢化理论是前苏联著名文论家巴赫金在研究陀思妥耶夫斯基和拉伯雷的作品时提出的理论,这个理论主要包括三部分:狂欢节、狂欢化和狂欢式.塞万提斯的小说《堂吉诃德》中所呈
教育家夏丐尊曾说:“教育之没有感情没有爱,如同池塘里没有水一样,没有水就不能成为池塘,没有爱就没有教育.”教育只有付出深沉博大的爱,才能赢得学困生的信赖和爱戴,使他们
期刊
摘要:随着我国社会经济的飞速发展,建筑科学技术的不断提高,建设规模较大、结构形式多样的高层建筑是缓解我国日益紧张的土地问题和充分发挥土地综合利用率的一条重要途径。由于高层建筑在工程质量及安全等方面有它的特殊性,本人结合自己多年的实践经验,浅谈一下个人的看法。 关键词:高层建筑; 施工质量;控制;安全   Abstract: with the rapid development of our soc
期刊
摘 要:锦州至赤峰铁路玉皇车站2-10m框架中桥基坑需要开挖换填进行基础处理,地下水位较高,土质为粉细沙、遇水流动易坍塌,根据比选,考虑采用管井降水,实践证明效果较好,保证了工程质量。  关键词:粉细沙;管井降水  Abstract: Jinzhou to Chifeng railway station 2-10M frame bridge foundation pit jade excavati
期刊
《新闻写作学》是我著、编的高等学校文科新闻写作学科系列教材中的主教材。与之配套的尚有《中外新闻选》(胡乔木同志题写书名)、《中外通讯选》上下集(陆定一同志题写书名
【摘要】我国铁路限坡平缓,铁路线路穿越不同的地形,涉及不同的区域、气候、人文等条件不一,决定了铁路工程建设项目工程量大,建设工期长,投资巨大,易受不可抗拒因素和意外事故的影响,具有风险性大,风险不确定的特点。究其铁路施工的风险问题,最实质也最易受影响的问题莫过于安全和质量问题了,因为一旦这两个因素出现任何问题,都会对企业的整体形象和人民群众的生命财产安全带来不可估量的损失。所以铁路施工的风险管理是
期刊
摘 要:巴赫的六首大提琴组曲被评价为“大提琴的旧约”。由于在乐谱中没有留下任何表情术语,因此演奏风格的把握成为困扰众多演奏者的难题。文中从曲式结构、色调微差、演奏技巧等方面进行探讨研究,力求从整体上把握组曲的演奏风格。  关键词:约翰·塞巴斯提安巴赫 阿勒曼德 小步舞曲 古代组曲    巴赫的六首大提琴组曲,在大提琴发展史上是有重要意义的。有人评价这六首大提琴组曲是“大提琴音乐的旧约”。巴赫在当时
江苏近代新闻事业发轫于19世纪末,1898年出版的《无锡白话报》是现江苏境内最早问世的报纸。虽然起步时间不算很早,晚于福建而与湖南相仿,但由于江苏的地理位置和人文条件较
摘 要:英汉两种语言中都有大量的动物成语,由于英汉两个民族文化背景不同,相应的民族背景下的读者对同一动物形象所形成的背景知识也不尽相同。因此,对同一种动物的翻译手法也相差甚远,这给动物成语的翻译带来了一定的困难。为了尽可能准确地完成汉语动物成语的翻译,翻译中应灵活采取不同的翻译方法对其进行翻译。  关键词:汉语成语 “狗”字成语    1. 引言    根据《现代汉语词典》(第二版)(中国社会科学