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空心板梁是我國常用的小跨徑梁體,但其在使用過程中混凝土常出現(xiàn)許多裂縫,這就直接關系到橋梁的安全,雖然裂縫在規(guī)范里是作為正常使用狀態(tài)中耐久性來評價,但結構損壞乃致倒塌往往是從裂縫的擴展開始的,隨著時間的推移橋梁結構逐漸由安全狀態(tài)轉化為危險狀態(tài),因此需準確分析空心板梁裂縫形成的原因,為其養(yǎng)護維修或加固提供技術依據(jù)。
空心板梁常見裂縫主要有兩類:荷載裂縫和非荷載裂縫,在預應力混凝土梁和非預應力混凝土梁中兩者的存在情況也不一樣,預應力混凝土中以非荷載裂縫居多,而普通鋼筋混凝土空心板梁常出現(xiàn)的裂縫為荷載裂縫,因此在裂縫分析中需準確測量其寬度和深度,判斷裂縫的性質和成因,評價裂縫對結構安全的影響,提出養(yǎng)護或維修加固措施。
空心板梁荷載裂縫:
1、普通鋼筋混凝土空心板梁
?。?)梁底橫向裂縫
普通鋼筋混凝土空心板梁梁底橫向裂縫是最為常見的裂縫類型,這種裂縫通常橫向貫通梁底,裂縫位置基本位于空心板梁,基本位于1/4~3/4跨,這些裂縫是空心板梁在荷載作用下產生的正彎矩裂縫。
裂縫在檢測過程中應注意裂縫的寬度,當裂縫寬度小于規(guī)范規(guī)定的限值(規(guī)定的鋼筋混凝土梁裂縫寬度限值分別為0.20mm、0.25mm,以下簡稱規(guī)范),不影響橋梁的承載能力,是正常的荷載裂縫;梁間剪力鉸遭到破壞,形成單梁受力狀態(tài),空心板梁受拉區(qū)鋼筋處于屈服階段或受壓區(qū)混凝土中和軸的高度在不斷上移,是空心板梁即將破壞的預兆,應引起足夠的重視,應及時進行加固或更換梁板。
若空心板梁梁底出現(xiàn)橫向裂縫且對應橋面出現(xiàn)縱向貫通裂縫,加固措施為人工鑿除原橋面鋪裝混凝土,修復梁間損壞的剪力鉸,若空心板梁間鉸縫鋼筋損壞,須在空心板梁原剪力鉸兩側植筋,然后用鋼筋鋼纖維混凝土重筑橋面鋪裝,并適當增加橋面鋪裝鋼筋,并增設剪力釘,確保所設鋪裝層與主梁共同作用。
?。?)梁底縱向裂縫
普通鋼筋混凝土空心板梁梁底常會出現(xiàn)縱向裂縫,此類裂縫大多與空心板梁空腔最低處相對應,裂縫寬度較大,個別裂縫寬度達到0.5mm,往往部分裂縫表面有明顯的滲水痕跡或白色結晶物析出。
縱向裂縫形成的原因是由于空心板梁底板混凝土中鋼筋較密,粗骨料不易進入空腔最低處導致細骨料較多,此處也不易振搗,使空腔最低處混凝土橫向收縮應力較其它處大而開裂。裂縫表面明顯滲水痕跡表明裂縫已貫通空腔底板厚度,裂縫滲水是由于空心板梁內積水所致,梁內積水是由于梁端堵頭板破損,其上伸縮縫止水帶失效或橋面連續(xù)處開裂,導致橋面雨水下滲并通過破損的堵頭板進入梁空腔內。裂縫表面泛白是由于水從縫隙中滲出時將混凝土中Ca(OH)2帶出,與空氣中CO2作用形成白色CaCO3結晶。
裂縫處治措施:此類裂縫對承載能力并不影響,僅影響耐久性。應先對存在明顯滲水痕跡的空心板梁梁底空腔較低處鉆孔泄水,然后清洗裂縫表面,風干后涂刷滲透結晶型漿料兩遍,封閉裂縫。
2、預應力混凝土空心板梁
(1)梁底縱向裂縫
預應力空心板梁梁底端部一定范圍和空腔最低處均容易出現(xiàn)縱向裂縫(見圖2),梁端一定范圍縱向裂縫是由于預應力鋼筋放張時混凝土強度尚未達到規(guī)定的要求,使梁端混凝土縱向受壓較大,橫向則受拉,當其拉應變大于當時混凝土的極限拉應變即會沿預應力方向開裂,由于大多數(shù)預應力空心板梁梁端設有預應力隔離段,所以此類縱向裂縫會在梁端一定范圍產生。
裂縫最大寬度超過規(guī)范規(guī)定的限值,將不利于空心板梁的耐久性,尤其是裂縫滲水,如不及時維修處理,梁內預應力鋼筋由于壓力腐蝕其銹蝕速率將會更快,當銹蝕嚴重時會引起承載能力的降低。針對此類裂縫建議先對存在明顯滲水痕跡的空心板梁梁底空腔較低處鉆孔泄水,然后清洗裂縫表面,風干后涂刷滲透結晶型漿料兩遍,封閉裂縫。
(2)梁底橫向裂縫
預應力空心板梁根據(jù)規(guī)范規(guī)定不允許出現(xiàn)橫向裂縫,一旦產生橫向裂縫說明預應力不足,應引起高度重視,及時進行專項加固,通常對空心板底板采取體外預應力、梁底粘貼碳纖維布加強或體外預應力和碳纖維布相結合。
預應力空心板梁梁端有時可能出現(xiàn)橫向裂縫,如果梁底橫向裂縫向兩側腹板延伸,可能是彎剪斜裂縫引起的,這種裂縫通常在腹板的延伸高度在同一水平線上;如果橫向裂縫較短,且不貫通梁底,可能是由于混凝土收縮引起的。
空心板梁非荷載裂縫:
1 混凝土收縮引起的裂縫
混凝土是用水泥、水、砂、石子等按設計比例配制,經攪拌、成型、養(yǎng)護而形成的?;炷猎谑┕み^程中會經過化學、物理和碳化等一系列收縮,當收縮受到約束而產生的拉應變大于當時混凝土的極限拉應變就會產生與拉應力方向相垂直的裂縫,如空心板梁腹板表面龜裂等。這類裂縫僅需用滲透結晶型材料封閉即可。
2 鋼筋銹蝕引起的裂縫
空心板梁由于鋼筋銹蝕而混凝土開裂最為常見,這是因為鋼筋在潮濕的環(huán)境中與空氣中的氧氣發(fā)生化學反應生產三氧化二鐵即鐵銹的主要成分,其體積是將增大2~4倍,最終導致混凝土被脹裂,這類裂縫的特點是裂縫沿著鋼筋走向發(fā)展。
要分析鋼筋銹蝕的原因首先要搞清楚鋼筋銹蝕和混凝土開裂的先后順序。若先鋼筋銹蝕后混凝土開裂,原因有兩種:一是包裹在鋼筋周圍的混凝土保護層偏薄,保護層過早全面碳化,致使混凝土中的鋼筋失去堿性保護而銹蝕;二是混凝土中氯離子含量超標而侵蝕鋼筋,當混凝土中氯離子超標時雖然鋼筋周圍的混凝土未碳化,鋼筋仍然會銹蝕,這是因為氯離子半徑小,活性大,具有很強穿透鈍化膜的能力,氯離子首先吸附在鈍化膜有缺陷處,使氫氧化鐵反應成易溶的氯化鐵,使鈍化膜局部破壞,產生坑蝕。若先混凝土開裂后鋼筋銹蝕,要確定混凝土開裂的原因,如荷載裂縫寬度過大或骨料膨脹引起混凝土開裂等,導致外界腐蝕物直接銹蝕鋼筋。
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