中小跨径桥梁典型病害防治研究.ppt

中小跨径桥梁典型病害防治研究,浙江省交通规划设计研究院浙江金丽温高速公路有限公司浙江省公路管理局浙江省交通厅工程质量监督局,第1章 概述,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,2,我省现有桥梁主要是梁式桥，占90%以上，大多数是钢筋混凝土及预应力混凝土梁桥。2008年6月省交通厅组织对省内多条高速公路/地方道路桥梁的调查结果：上部结构病害主要是：梁板超限裂缝、挠度过大、铰缝破坏、单板受力等，其中梁板裂缝纵向和横向均有。桥面铺装、支座、伸缩缝等附属设施损坏。下部结构病害主要是：墩台盖梁的负弯矩区裂缝。根据对高速公路桥梁进行的初步调查结果，以及各方专家多次讨论研究，归纳总结出了中小跨径桥梁的具有普遍性的六大典型病害。,3,第1章 概述,4,第1章 概述,5,第1章 概述,第2章 桥梁病害调查,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,6,2.1 浙江省内桥梁病害,7,第2章 桥梁病害调查,2.2 金丽温高速公路桥梁典型病害详细调查研究,8,运营5年以上路段：金丽段和温州西过境段共有237座中小桥，其中:预应力混凝土空心板梁桥93座，钢筋混凝土空心板梁桥129座，拱桥6座，现浇板桥7座和箱梁桥2座。桥梁上部结构主要类型为空心板、T梁和小箱梁。,第2章 桥梁病害调查,预应力混凝土空心板梁底板纵向裂缝病害,9,图2.2.2 底板纵向裂缝比例,图2.2.3 底板纵向裂缝类型及比例,第2章 桥梁病害调查,钢筋混凝土空心板底板横向裂缝病害,10,图2.2.7 钢筋混凝土空心板底板横向裂缝比例,图2.2.8 底板横向裂缝类型和比例,第2章 桥梁病害调查,空心板铰缝病害,11,图2.2.12 空心板铰缝渗水(裂缝)比例,第2章 桥梁病害调查,墩台盖梁负弯矩区裂缝病害,12,图2.2.14 盖梁负弯矩区裂缝病害比例,第2章 桥梁病害调查,桥面连续病害,13,图2.2.16 桥面连续病害比例,第2章 桥梁病害调查,2.3 其他省份桥梁病害,14,第2章 桥梁病害调查,其他省市并未提出“典型病害”的概念，各地的桥梁病害统计口径也不同。但其他省市的中小跨径桥梁病害基本都集中在空心板等桥型。根据调研和交流结果，空心板相关病害约占桥梁病害的6070%，与本课题调查结果基本一致。,第3章 桥梁病害综合性原因分析,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,15,3.1 规范和荷载标准,16,荷载等级不断提高，反映出交通荷载不断增大的事实,研究水平限制，规范与实际有偏差,2009年3月，京藏高速内蒙段,2009年7月，唐津高速天津段,基于概率思想，横向多车道折减、纵向折减而交通拥堵越来越多，多车道满布重载车,第3章 桥梁病害综合性原因分析,3.2 公路超载,17,2006年，河北省 张同公路调查结果车辆总重最大134t，单轴最大43t。,2001年，广东省超载运输调查车辆总重最大131.8t，最大单轴重达31t。,车辆总重,2009年111月，杭州萧山治超站。超限超载车共692辆,其中超载车638辆。车辆总重超100吨的22辆，最重的达129.05吨。,第3章 桥梁病害综合性原因分析,第3章 桥梁病害综合性原因分析,18,表3.2.1 空心板在超载车和设计荷载作用下的内力对比,一辆超载车在公路上行驶，会导致沿途经过的很多桥梁发生病害(如梁板裂缝、铰缝损坏)，208国道太原东柳林桥的183.2吨超载车，在其压垮该桥前已行驶了至少230公里，其沿途经过的其他桥梁虽未被压垮，但可能都已产生了裂缝等病害。虽然超载车的出现是小概率事件，但一旦出现，导致沿线桥梁产生的裂缝病害却可能是广泛且长期存在的。,第3章 桥梁病害综合性原因分析,19,200907月,津晋高速公路匝道桥坍塌事故5辆超重货车队,最重146t,其余4辆都140t左右,200708,208国道太原东柳林桥被一辆183.2吨超载6轴车压跨,200904,107国道漯河市南澧河大桥260吨超载挂拖车,200902,济青高速公路黄山收费站查获的16辆超载车队,第3章 桥梁病害综合性原因分析,20,201102上虞春晖互通立交桥坍塌,3.3 设计方面,21,图3.3.1 空心板截面形式和铰缝的演变,第3章 桥梁病害综合性原因分析,3.4 施工方面,22,第3章 桥梁病害综合性原因分析,3.5 运营养护方面,23,第3章 桥梁病害综合性原因分析,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,24,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,25,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,预应力混凝土空心板梁底板出现长度不等的纵向裂缝，并有继续发展的趋势。这种病害在调研的几条高速公路上均有出现，且数量较多，带有普遍性。出现的时间多在通车后35年，裂缝的数量、宽度具有随着时间的增长而增加、加宽的趋势，对桥梁的使用耐久性有重要影响。这种底板的纵向裂缝一般多出现于预应力混凝土空心板，而钢筋混凝土空心板的此类裂缝相对较少。,图4.1.1 预应力空心板底板纵向裂缝,4.2 计算分析,一、单板模型（无铺装层，施工阶段）：1、钢束位置准确，自重+预应力2、底板钢束位置横向偏差1cm，自重+预应力3、底板钢束位置横向偏差2cm，自重+预应力二、单板模型（运营阶段）：1、自重+预应力+内外温差10度2、自重+预应力+1列规范车辆荷载车轮3、自重+预应力+1列超载车辆荷载车轮三、全桥模型：1、自重+预应力+并排3辆规范车辆荷载2、自重+预应力+1辆超载车辆荷载,26,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,4.2.1 单板模型（无铺装层，施工阶段）,27,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,4.2.2 单板模型（运营阶段）,28,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,4.2.3 全桥模型,29,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,工况1：自重+预应力+内外温差10度,30,空心板内外温差在底板中产生的横向拉应力很大，远远高于单板受力状态下活载在底板中产生的横向应力。当空心板外缘温度比空心板内部温度低10度时，底板横向拉应力可达1.14MPa，且这种横向拉应力几乎沿整个底板长度范围内均存在。,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,工况2：自重+预应力+1辆超载车辆荷载,31,图4.2.37 跨中横截面X正应变(单位:),空心板横向发生畸变，导致底板出现不均匀的受拉区域,X正应力(单位:Pa),车辆荷载导致空心板出现畸变（横向扭曲），单车重量越大、作用位置越集中，这种畸变越明显。畸变导致底/顶板的不同部位产生了较大的横向拉应力，顶/底板内缘的最大拉应力12MPa，均出现在受车轮荷载直接作用的空心板中。,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,工况1和工况2的结果对比,32,虚线为工况1实线为工况2,虚线为工况1实线为工况2,图4.2.38 跨中横截面的底板应力沿横向的变化,仅一辆超载车在空心板底板中产生的纵向和横向应力，便已超过并排3辆规范车辆所产生的应力将近2倍。超载车作用下，底板外缘最大横向应力可达0.40.5MPa，出现在车轮直接作用处以外的邻近空心板中。,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,工况2和工况3结果对比,33,图4.2.28 跨中横截面处底板应力沿板宽方向的分布,图4.2.29 底板中轴线处的应力沿板长方向的分布,单板受力时，规范车/超载车，底板横向拉应力都很小，0.1MPa以下。底板纵裂与超载关系不大。但施工质量缺陷空心板、以及薄壁空心板，不适用此结论。,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,34,三种工况下：端部、L/4、L/2截面处底板横向应力对比,三种工况下：端部、L/4、L/2截面处，底板横向应力与钢束偏移距离关系,钢束偏差处（即钢束横向弯折处，本算例中是L/4附近）横向拉应力区域明显向偏差钢束处偏移,应力幅值成倍增大。应力幅值与钢束偏离距离基本成线性变化。钢束横向弯折以外的其他区域受影响均很小。,4.3 设计原因分析及防治,原因箍筋薄弱。保护层过薄。泊松效应(薄板较明显)。铰缝设计缺陷。温度因素考虑不足。防治带肋箍筋。加大箍筋直径。空心板设置通气孔。改进空心板形式。,35,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,4.4 施工原因分析及防治,原因支座高程不精确，脱空。保护层厚度不足。不同钢束的张拉力差异。钢束定位偏差。防治精心施工，精确控制支座顶面高程。改进工艺，确保保护层厚度符合要求。避免相邻钢束张拉力相差过大。考虑张拉顺序造成后续钢束的张拉力损失。,36,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,4.5 运营养护原因分析及防治,原因支座病害（如脱空），改变桥梁受力形式。铰缝病害，改变梁板受力。铺装和伸缩缝破损，泄水孔失效，水侵害，钢筋锈蚀膨胀。桥面铺装病害，车辆冲击力增大。伸缩缝杂物或梁端垃圾，影响梁板受力。防治重视防水，及时修复防水层、桥面连续、伸缩缝，防止水侵害。及时封闭梁底裂缝和排除板内积水。及时修复桥面铺装病害，减少车辆冲击力。及时清理伸缩缝/梁端垃圾、及时修复支座病害/铰缝病害，确保梁板正常受力。,37,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,4.6 维修加固方案,裂缝宽度未超限、单孔中仅个别空心板出现病害的，仅需对裂缝作封闭或灌浆处理；如有条件，也可横向粘贴高强复合纤维（如碳纤维布）等材料。裂缝超限、贯通、整幅空心板普遍出现此类病害的，对裂缝作封闭或灌浆处理后，再施加横向预应力加固。桥面系、支座等有关联病害的，必须同时处治。,38,第4章 预应力混凝土空心板纵向裂缝病害,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,39,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,40,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,钢筋混凝土空心板梁的横向裂缝不断增加，裂缝宽度有增大的趋势。这种裂缝病害多发生在板梁的跨中附近，而且经常是在一个区域大范围的成片出现。病害的表现为裂缝的数量在增加，裂缝宽度在加大，板梁的刚度在降低。此外，这种裂缝病害往往伴随有渗水和钙化等其他病害。是受力裂缝。,图5.1.1 钢筋混凝土空心板底板横向裂缝,5.2 计算分析,5.2.2 单板模型（运营阶段）,41,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,5.2.3 全桥模型,42,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,工况1和2的结果对比,43,图5.2.9 底板中心的混凝土应力沿纵向的变化,单板受力在规范车辆下，底板最大纵向应力5MPa，底板将出现横向裂缝。但根据后面的全桥分析，全桥整体受力时规范车辆下，底板最大纵向应力依然有4.7MPa左右。可见，规范车辆下，单板受力与否，对空心板底板的纵向应力影响不大，两者所产生的横向裂缝范围和程度基本没有显著区别。但在超载车下，单板受力明显不利，底板纵向应力可提高2倍，横向裂缝范围和程度将大大超过规范车辆荷载。,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,工况1和2的结果对比,44,三辆规范车，横向拉应力，横桥向中心处最大，约1.2MPa，尚不足以导致混凝土开裂。1辆超载车产生的横向应力，在车轮直接作用处的几块空心板中最大，2.5MPa，将纵裂。三辆规范车，各板受力均衡，底板跨中纵向拉应力5MPa，底板大部分区域将横裂。一辆超载车，车轮处空心板受力较大，纵向拉应力与3辆规范车相当。,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,工况1和2的结果对比,45,总体来说，一辆124吨超载车与3辆规范车相比，空心板底板纵向效应基本相当，而底板横向效应达2倍。这就可以解释为什么钢筋混凝土空心板桥梁中，快车道（轻载车辆）处一般只有横向裂缝，而慢车道（超重车辆）处不仅有横裂，往往还纵裂。,5.3 设计原因分析及防治,原因保护层厚度过小。横向裂缝多是等间距，和箍筋间距相同。微裂缝因水侵害而加剧。铰缝设计缺陷。防治增加板梁厚度。提高裂缝控制标准。采用大铰缝，加强整体性，重视空间分析。改进空心板的形式。,46,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,5.4 施工原因分析及防治,原因横向钢筋位置不准确。保护层厚度不足。防治确保保护层厚度。保护层垫块厚度精确，安装位置正确。,47,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,5.5 运营养护原因分析及防治,原因铺装和伸缩缝破损，泄水孔失效，水侵害，钢筋锈蚀膨胀。桥面铺装病害，车辆冲击力增大。支座病害，特别是脱空，改变桥梁受力形式。铰缝病害，改变梁板受力。防治重视防水，及时修复防水层、桥面连续、伸缩缝，防止水侵害。及时封闭梁底裂缝和排除板内积水。及时修复桥面铺装病害，减少车辆冲击力。及时修复支座病害/铰缝病害，确保梁板正常受力。病害严重时及时加固、换板。,48,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,5.6 维修加固方案,病害轻微（如裂缝较少、未超限）时，仅作裂缝封闭或灌浆等常规维修措施，确保耐久性。粘贴钢板或高强复合纤维材料（如碳纤维布等）。有粘结预应力加固技术（如SRAP）。增设支撑法（用于应急抢通或其它办法受限制，临时性）。更换为预应力空心板梁。,49,图5.6.1 板底增加预应力钢丝并喷射聚合物砂浆加固,图5.6.2 增设支撑加固,第5章 钢筋混凝土空心板横向裂缝病害,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,50,第6章 曲线钢筋砼箱梁横向裂缝病害,51,第6章 曲线钢筋砼箱梁横向裂缝病害,互通匝道小半径跨线高架桥钢筋混凝土现浇箱梁出现较多的横向裂缝，数量不断增多增密，裂缝宽度也在加大。这种横向裂缝，一种是出现在箱梁的底板中，另一种是出现在箱梁的腹板中，还有很多腹板裂缝和底板裂缝在箱梁底部拐角处相互贯通。另外在箱梁的翼缘根部往往也会出现横向裂缝。,图6.1.1 小半径曲线钢筋混凝土箱梁裂缝,6.2 计算分析,52,单元网格划分,支座约束,工况1：恒载+2列规范车道荷载对称加载工况2：恒载+2列规范车道荷载偏载（靠曲线内侧）工况3：恒载+2列规范车道荷载偏载（靠曲线外侧）工况4：恒载+1辆超载车辆偏载（靠曲线内侧）工况5：恒载+1辆超载车辆偏载（靠曲线外侧）,工况6：恒载+温度梯度（升温）工况7：整体温降20度（不考虑恒载）工况8：整体温降10度+支座损坏（不考虑恒载）工况9：整体温降20度+支座损坏（不考虑恒载）,第6章 曲线钢筋砼箱梁横向裂缝病害,活载各工况对比（周向正应力）,53,第6章 曲线钢筋砼箱梁横向裂缝病害,工况2：恒载+2列规范车道荷载偏载（靠曲线内侧）,工况3：恒载+2列规范车道荷载偏载（靠曲线外侧）,工况4：恒载+1辆超载车辆偏载（靠曲线内侧）,工况5：恒载+1辆超载车辆偏载（靠曲线外侧）,1、一辆124吨超载车在作用位置附近的底板中所产生的应力，即已超过2列规范车道荷载产生的应力。2、不论是规范车道荷载还是超载车辆，在偏载作用下，均使箱梁产生横向畸变，导致腹板出现拉应力。,温度各工况对比（周向正应力）,54,第6章 曲线钢筋砼箱梁横向裂缝病害,工况6：恒载+温度梯度（升温）,工况7：整体温降20度（不考虑恒载）,工况8：整体温降10度+两端支座损坏（不考虑恒载）,工况9：整体温降20度+两端支座损坏（不考虑恒载）,3、规范温度梯度作用下，温度应力较小。4、支座设置合理，能纵向自由伸缩时，即便整体降温-20度，温度应力也普遍较小，曲线内侧的箱梁翼缘、腹板等处的周向拉应力只有0.20.4MPa。其他区域的拉应力都在0.2MPa以下。5、若支座设置不合理、支座损坏，自由伸缩受限，即便整体降温只有-10度，曲线内侧翼缘、腹板上出现12MPa的周向拉应力，靠边跨端部的腹板周向拉应力大23MPa。6、整体降温-20度与-10度的温度应力分布基本相同，但应力提高约2倍。温度应力与温度变化基本呈线性关系。,6.3 设计原因分析及防治,原因腹板纵向配筋薄弱。温度和约束因素、伸缩缝损坏，梁体纵向变形受到约束。结构形式因素。连续刚构，桥墩横桥向刚度较大，无法释放径向变形。荷载和箱梁畸变因素。支座位置和个数不合理。防治腹板外缘增加纵向筋。提高裂缝的控制标准。进行空间计算和分析。采用橡胶支座，不用盆式支座。设伸缩缝的墩采用两个及以上支座，不用单支座。必须采用单支座时应采取一些必要措施。,55,第6章 曲线钢筋砼箱梁横向裂缝病害,6.4 施工原因分析及防治,原因横向钢筋位置不准确。保护层厚度不足。防治确保保护层厚度。保护层垫块厚度精确，安装位置正确。,56,第6章 曲线钢筋砼箱梁横向裂缝病害,6.5 运营养护原因分析及防治,原因铺装和伸缩缝破损，泄水孔失效，水侵害，钢筋锈蚀膨胀。桥面铺装病害，车辆冲击力增大。支座病害，改变桥梁受力形式。防治注意伸缩缝/支座等附属设施的功能维护和检查，早发现早维修。重视防水，及时修复防水层、伸缩缝，防止水侵害。及时封闭梁底裂缝和排除积水。及时修复桥面铺装病害，减少车辆冲击力。及时修复支座病害，确保梁板正常受力。,57,第6章 曲线钢筋砼箱梁横向裂缝病害,6.6 维修加固方案,病害轻微（如裂缝较少、未超限）时，仅作裂缝封闭或灌浆等常规维修措施，确保耐久性。粘贴钢板或高强复合纤维材料（如碳纤维布等）。体外预应力加固。,58,图6.6.1 箱梁粘贴钢板加固,图6.6.4 箱梁腹板加厚并设置有粘结预应力束加固,第6章 曲线钢筋砼箱梁横向裂缝病害,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,59,第7章 空心板铰缝病害,60,第7章 空心板铰缝病害,空心板桥梁在铰缝处出现破碎、导致单板受力现象，造成桥面铺装屡修屡坏。严重时，甚至会发生铰缝混凝土整体脱落、铰缝透空的情况。该病害严重削弱了空心板的横向连接整体受力性能，并且往往会导致其他次生病害的发生，例如因单板受力导致的空心板底板横向裂缝病害、空心板的水侵害病害等等。因这种病害的维修需要封闭交通，挖开桥面铺装，掏空原有的破碎铰缝残渣，因此维修复杂，工期长，对交通的影响大。这些因素已直接影响到空心板这种结构形式的进一步推广和应用。,图7.1.1 空心板铰缝病害,7.2 计算分析,61,第7章 空心板铰缝病害,4种工况计算结果对比,62,图7.2.26 铰缝应力的考察位置,图7.2.27 跨中横截面上3-6号铰缝的第1主应力沿标高方向分布,第7章 空心板铰缝病害,1辆超载车作用下，铰缝横向拉应力可达1.52.5MPa，必开裂。,3辆规范车作用下，铰缝的最大拉应力不到0.25MPa。,4种工况计算结果对比,63,图7.2.25 铰缝剪应力Sxy（沿高程方向的错动）沿桥长变化,第7章 空心板铰缝病害,3辆规范车作用下，沿高程方向错动的剪应力很小，不到0.5MPa。1辆超载车作用下，沿高程方向错动的剪应力可达1MPa。,4种工况计算结果对比,64,图7.2.27 铰缝剪应力Sxz（沿桥长方向的错动）沿桥长变化,第7章 空心板铰缝病害,3辆规范车作用下，沿桥长方向错动的剪应力很小，不到0.5MPa。1辆超载车作用下，沿桥长方向错动的剪应力可达2MPa，出现在板端。此处铰缝必开裂。,7.3 设计原因分析及防治,原因铰缝尺寸偏小，不便设置更多钢筋，铰缝钢筋连接不好，未生根，传力差。图纸未体现铰缝重要性，施工工艺未交待清楚。凿毛不充分。超载影响。防治大板宽，大铰缝，加强铰缝内连接钢筋。板内预埋钢筋伸入铰内，相邻板间铰缝钢筋焊接，设跨缝加强钢筋。铰缝采用与预制板强度同级的小石子混凝土振捣密实。图纸中提出明确的工艺要求特别是凿毛要求。,65,第7章 空心板铰缝病害,7.4 施工原因分析及防治,原因铰缝混凝土质量问题。铰缝混凝土与板侧的粘结不佳，凿毛不充分。连接钢筋问题。相邻空心板存在高差。支座高程控制不精确，支座脱空。浇筑铰缝混凝土前的止浆措施错误。防治重视质量控制和技术交底、培养专业施工队伍。凿毛充分，砼浇注完成后13天内脱模并充分凿毛，可用钢丝刷刷毛。支座安装高程控制精确。铰缝预埋钢筋的搭接确保连接充分和牢固。缝底设木模，浇筑插捣密实。止浆砂浆浇筑三天后再浇筑铰缝混凝土。铰缝内的垃圾清理、板侧洒水湿润。,66,第7章 空心板铰缝病害,7.5 运营养护原因分析及防治,原因忽视勾缝脱空、渗水现象，未及时发现铰缝脱空。病害前期未采取注浆等预防性措施处理，导致铰缝脱空越发严重。超载车辆。铺装防水层破损，水侵害，侵蚀和破坏铰缝。防治病害前期，对铰缝及时注浆处理，加强预防性养护。严格控制超载车辆。及时修复铺装防水层，防止水侵害。,67,第7章 空心板铰缝病害,7.6 维修加固方案,病害轻微，铰缝尚维持正常使用，仅对铰缝预防性注浆处理即可。清除缝内杂物，缝内压入小石子混凝土。修复桥面混凝土调平层，铰缝顶部增设跨缝加强钢筋。铰缝破坏严重，已部分或全部失效，则凿除铰缝两侧桥面铺装，植入骑马钢筋等手段强化板梁横向联系。如整幅空心板普遍存在铰缝病害，则整幅桥面铺装凿除重做，同时采取植筋或粘钢等手段加强空心板梁的横向联系。如铰缝病害已导致空心板普遍产生严重病害，则更换为大铰缝新梁板。,68,图7.6.1 空心板铰缝植筋加固示意图,第7章 空心板铰缝病害,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,69,第8章 连续桥面病害,70,第8章 连续桥面病害,梁板简支而桥面连续的这种结构形式于20世纪70年代末提出，桥面连续是一个只传递水平荷载，不承受弯矩的构造。在长期的应用中，桥面连续结构经常出现横向开裂等病害，并产生坑洞，在频繁的车辆冲击下，病害不断扩大，并且屡修屡坏。这些顽固的病害制约了简支梁板桥面连续的应用。与空心板铰缝病害相似，连续桥面病害也会导致其他次生病害的发生，例如桥面的水通过连续桥面结构的裂缝渗漏到上部结构梁板内，或者渗漏到墩台盖梁上，损害这些结构的耐久性。连续桥面的裂缝在沥青铺装层形成反射裂缝，雨水渗入裂缝后不能及时排出，使沥青铺装层下面形成积水，造成更严重的桥面损坏，影响行车舒适性。,图8.1.1 连续桥面病害,8.2 计算分析,71,图8.2.1 常见的两种桥面连续结构,双缝式桥面连续及钢筋网,单缝式桥面连续及钢筋网,第8章 连续桥面病害,活载，跨中下挠，梁端最大转角时，双缝/单缝桥面连续顶部均出现3MPa以上拉应力，桥面连续顶部将开裂。正温度梯度，跨中上翘，梁端最大转角时，双缝式的底部0.81MPa拉应力，均布在桥面连续底部。而单缝式在梁端和桥面连续的结合部位，拉应力达3MPa以上，开裂。长期反复作用下，开裂，整体上下贯穿。橡胶垫板的作用很大。释放变形，降低混凝土开裂可能性。,72,第8章 连续桥面病害,工况A1：自重+梁端转角（活载，跨中下挠）,工况A2：梁端转角（正温度梯度，跨中上翘）,工况A3：自重+规范车轮荷载,工况B1：自重+梁端转角（活载，跨中下挠）,工况B2：梁端转角（正温度梯度，跨中上翘）,工况B3：自重+规范车轮荷载,8.3 设计原因分析及防治,原因桥面连续结构处于主梁转动/伸缩变形最大部位，受力复杂，反复翘挠。刚接式桥面连续，接缝处混凝土板承受较大弯拉应力。铰接式桥面连续，构造复杂、施工不便，铰部位渗水。拉杆式桥面连续（两端/中间切缝）。两端切缝型整体刚度大，转角效应下整体产生裂缝。中间切缝型不断翘挠，沥青铺装不能适应而开裂。防治采用先简后连。提高连续缝附近沥青混凝土性能，适应不断翘挠的变形。提高材料弹性/柔度/韧性/抗拉强度。添加剂、柔性高份子材料。改进桥面连续、采用新型桥面连续，例如植入式桥面连续构造(子课题)。,73,图8.3.2 植入式桥面连续结构,第8章 连续桥面病害,8.4 施工原因分析及防治,原因铺装层混凝土强度不足、混凝土厚度不足、钢筋间距偏大。施工时温差较大及炎热天气，温差拉应力。铺装层钢筋与梁体预埋钢筋连接不妥，梁体与铺装结合欠紧密。梁体表面未清洗凿毛，活载下铺装层与梁体脱离。铺装层混凝土拌和物坍落度过大，混凝土收缩过大，养护不到位。外加剂不合理。防治采用高标号混凝土、足够的厚度、精确控制几何尺寸。足够的含筋率，合理的钢筋空间分布，严格施工。避开高温施工。铺装层钢筋与梁体预埋钢筋搭焊相连。梁体表面凿除、清洗，凿毛。混凝土坍落度控制。铺装层混凝土正确养护。采用外加剂应慎重，严格控制用量。,74,第8章 连续桥面病害,8.5 运营养护原因分析及防治,原因病害前期未及时封闭处治，病害加剧。伸缩缝杂物影响伸缩、梁端垃圾影响梁板受力，加剧连续桥面病害。未及时处治铺装病害，车辆冲击力增加。支座病害，支座脱空。水侵害使病害加剧。防治及时封闭桥面连续处裂缝，加强预防性养护。及时清理伸缩缝杂物和梁端垃圾。及时修复桥面铺装病害，减少车辆冲击力。及时修复支座病害。及时处治水侵害。,75,第8章 连续桥面病害,8.6 维修加固方案,1、将桥面连续缝改造成伸缩缝。2、去除已破坏的沥青混凝土，另铺掺有聚脂纤维或其他改性剂的沥 青混凝土，提高抗变形能力。3、改进连续桥面设计，重做桥面连续，或采用新型桥面连续构造。,76,第8章 连续桥面病害,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,77,第9章 墩台盖梁负弯矩区裂缝病害,78,第9章 墩台盖梁负弯矩区裂缝病害,桥台、桥墩盖梁的负弯矩区出现较多的裂缝。盖梁在设计的时候一般多是钢筋混凝土结构，在荷载作用下产生受力裂缝不可避免，虽然在设计时通过配筋对其裂缝宽度进行了限制，但是由于设计考虑不周、超载现象等原因，部分盖梁裂缝宽度常常超出规范限制。而这类裂缝的开口一般朝上，直接受到桥面连续、伸缩缝处渗漏的雨水侵害，进一步侵蚀盖梁内钢筋，导致钢筋锈蚀鼓胀，使裂缝处混凝土钙化析出，对盖梁的耐久性有重大影响。,图9.1.1 盖梁负弯矩区裂缝,第9章 墩台盖梁负弯矩区裂缝病害,9.2 计算分析,79,规范中I和II类环境最大裂缝宽度0.2mm。仅按强度控制配筋不够，裂缝验算可能超限。仅1辆超载车所产生的裂缝宽度便超过3列规范车道荷载产生的裂缝宽度。,9.2.1 荷载影响分析,9.2.2 桥墩基础不均匀沉降对盖梁裂缝的影响分析,80,图9.2.4 不同沉降量下，盖梁中的弯矩分布,图9.2.5 盖梁2个墩顶处的弯矩与沉降量的关系,图9.2.6 盖梁裂缝增量与沉降值的关系,基础横向不均匀沉降在盖梁中引起较大附加弯矩，对裂缝宽度产生较大影响。基础不均匀沉降/盖梁附加弯矩/盖梁裂缝宽度增量-这三者呈线性关系。沉降3mm时裂缝增量0.1mm，沉降5mm时裂缝增量0.16mm，而恒载/活载下该部位裂缝已达0.2439mm，则裂缝总宽度将达0.4037mm。,第9章 墩台盖梁负弯矩区裂缝病害,9.3 设计原因分析及防治,原因超载因素。部分受力钢筋过早弯折，削弱主筋抗拉作用。柱顶盖梁顶部增设的短钢筋长度不满足要求，削弱该短筋抗拉作用。忽视了横桥向基础不均匀沉降。车辆荷载引起墩柱不均匀压缩。只注重承载力验算，未注重裂缝宽度验算。防治负弯矩区的弯起钢筋起弯点/短钢筋长度应满足规范要求。提高裂缝控制标准（0.15mm），增加负弯矩区钢筋数量。增加盖梁高度。采用预应力混凝土盖梁。设整体式承台防不均匀沉降。,81,第9章 墩台盖梁负弯矩区裂缝病害,图9.3.1 车辆荷载引起的墩柱顶部不均匀沉降,9.4 施工原因分析及防治,原因受拉区纵向钢筋位置不正确，过度偏离受拉区。桩基施工质量不良，造成盖梁不均匀沉降。盖梁施工中模板与支架刚度不足，或脱模过早，造成盖梁内在损伤。防治钢筋安装时，确保受拉区的纵向钢筋位置要精确。掌握好保护层厚度。加强桩基的施工质量控制，包括清孔、桩基偏位误差等的控制。增强盖梁支架的刚度，严格控制脱模时机。,82,第9章 墩台盖梁负弯矩区裂缝病害,9.5 运营养护原因分析及防治,原因伸缩缝/桥面连续发生破损，造成盖梁水侵害，未及时处治，钢筋锈蚀，加剧裂缝发展。未及时修复支座病害及脱空，盖梁受力不均，局部应力增大。防治及时修复伸缩缝/桥面连续，防止水侵害。及时封闭盖梁裂缝，修复锈蚀钢筋和破损混凝土，加强预防性养护。及时修复支座病害，确保盖梁正常受力。,83,第9章 墩台盖梁负弯矩区裂缝病害,9.6 维修加固方案,盖梁裂缝应该与水侵害综合整治。盖梁干燥前提下，裂缝宽度小于规范限值可不处理。对病害轻微的，采用封闭或灌浆等常规措施维修。裂缝宽度大于限值时，先对裂缝化学灌浆处理，若裂缝数量较少，视裂缝发展趋势确定之后采取处理措施。裂缝宽度大于限值，且裂缝的数量较多、则在化学灌浆处理后，及时粘贴碳纤维、粘贴钢板、施加预应力、增设支撑法等等。若该病害由其它病害衍生，如不均匀沉降，则首先处治其它病害。,84,图9.6.1 粘钢加固,图9.6.2 体外预应力加固,图9.6.4 增设支撑,第9章 墩台盖梁负弯矩区裂缝病害,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,85,第10章 试验监测,10.1 钢筋混凝土空心板横向裂缝监测（杭宁高速K24+873汇角桥）,86,图10.1.1 空心板裂缝分布图,图10.1.3 传感器布置,第10章 试验监测,87,1.1号传感器 8.12日 每秒裂缝变化值图。当车辆经过桥上时裂缝马上开展，下一秒正即又恢复原样。,图10.1.4 裂缝变化图,第10章 试验监测,88,图10.1.5 1#外边板1.1号裂缝开展图,图10.1.6 2#中板1.2号裂缝开展图,图10.1.7 4#中板1.3号裂缝开展图,图10.1.8 4#中板2.2号裂缝开展图,图10.1.9 5#中板1.4号变形图（无裂缝）,图10.1.10 7#中板2.3号裂缝开展图,图10.1.11 8#中板1.6号裂缝开展图,图10.1.12 9#中板2.4号裂缝开展图,1个半月之内的裂缝开展情况(每天的裂缝最大值和最小值),第10章 试验监测,89,图10.1.13 桥下靠外侧温度变化图,图10.1.14 桥下靠内侧温度变化图,图10.1.15 桥面温度变化图,表10.1.1 裂缝最大扩展量与温度统计,裂缝变化总体上呈现两头低中间高，起点8月1日和终点9月18日的裂缝宽度基本相等。裂缝变化趋势和温度变化趋势基本吻合，说明温度是主因，裂缝宽度没有因车辆作用和时间过程发生明显变化。变化量最大的是7#中板2.3号，-0.027+0.073mm，而无裂缝的5#中板1.4号为-0.017+0.052mm，两者变化接近，说明裂缝板的表现和正常板接近，裂缝没有影响板的正常承载力。裂缝宽度变化每天的最小值在零轴附近波动，说明梁板处于弹性状态，板底裂缝随荷载变化开展和闭合。,第10章 试验监测,10.2 桥面连续结构试验（金丽温高速新仓公铁立交桥）,90,图10.2.4 测点立面布置,方案一A(植入式),方案一B(植入式),方案一C(植入式),方案二D(传统拉杆式),第10章 试验监测,91,表10.2.11 应变比较,植入式桥面连续可减小混凝土铺装层应变，减小混凝土裂缝宽度和变形状况，变形更平缓，消除沥青铺装的反射裂缝。,第10章 试验监测,植入式桥面连续，可避免伸缩 缝渗水对下部结构水侵害问题，保证盖梁干燥，增强耐久性。,第一章概述第二章桥梁病害调查第三章桥梁病害综合性原因分析第四章预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害第五章钢筋混凝土空心板梁横向裂缝病害第六章小半径曲线钢筋混凝土箱梁横向裂缝病害第七章空心板铰缝病害第八章连续桥面病害第九章墩台盖梁负弯矩区裂缝病害第十章试验监测第十一章结论及建议,92,第12章 结论与建议,结论,有条件尽量采用预应力砼结构，对钢筋砼结构应严格按规范要求控制裂缝宽度，可通过增加配筋或增加结构刚度来改善，根据不同的环境和结构部位采用不同的砼保护层厚度。,93,第12章 结论与建议,一、空心板和铰缝,采用空心板时必须严格控制铰缝施工质量，空心板的铰缝应从以下几个方面予以加强：空心板的板宽不小于1.25m，铰槽的深度不小于预制板高的2/3，铰的上口宽度应满足施工时使用插入式震捣器的需要，预制板内应预埋钢筋伸入铰内；设计图纸中应严格要求施工单位对铰缝作凿毛处理，以露出粗骨料粒径的2/3为宜；铰缝采用与预制板强度同级的小石子混凝土振捣密实，板底用吊模，禁止碎布填塞。,严防超载车辆上路。超载车多发路段加大桥梁检测频率和次数。,结论,一、空心板和铰缝空心板病害多，占中小跨径桥梁病害的60%，引发对空心板的担忧。维修加固次数多、累计费用多，全寿命周期成本未必占优现阶段条件下，建设质量和超载无法完全避免。因此，对空心板的使用范围和条件做出限制是必要的。空心板的梁高小，降低建筑高度，减少桥长，降低造价，在杭嘉湖等平原河网尤其明显。空心板可更换性好。在建设质量能得到保证、超载现象能有效避免、病害问题能得到克服的前提下，空心板依然是经济合理的选择，不应全盘否定空心板。,94,第12章 结论与建议,结论,二、曲线箱梁对腹板中的沿高度方向分布的纵桥向钢筋的设置要予以重视。避免临时支座或固结导致温度变化下出现裂缝。支座伸缩缝保持整洁，定期维护，防止丧失变形能力、较大温变后及时检查箱梁。三、桥面连续尽量采用先简后连。采用新型的桥面连续结构。四、盖梁负弯矩裂缝开口向上，水侵害加剧钢筋锈蚀，务必同时治理水侵害。按规范合理配置钢筋。适当增加盖梁高度。,95,第12章 结论与建议,建议,提高裂缝控制标准。多管齐下，从系统工程高度对待桥梁病害。结构类型和形式繁多，可进一步专门研究。加大对新结构、新材料的研究。采用钢结构、钢混组合结构。对病害桥梁长期监测，组建监测网，纳入物联网(IOT)。,96,第12章 结论与建议,谢 谢,97,