基于大连疏港东桥的钢筋混凝土桥梁上部结构病害分析

毕琛

摘    要：大连疏港东桥完工于1995年，桥梁设计荷载为汽-超20级，至对其采取评定、加固时已经运营超过17年。根据实际使用的情况，桥梁整体病害情况严重，结构出现了多处破损、裂纹和外表材料的脱落，影响了其使用功能。又由于该桥建成时间较早，设计规范早已进行了更新，从安全和适用性两方面考虑，急需进行状态评估，便于后续对桥梁进行维修加固。

关键词：钢筋混凝土梁桥;裂缝

1  桥梁概况

大连疏港东桥全桥由主线、支I线、支II线三条路线组成，均为钢筋混凝土简支梁和连续梁，全长约3.2km。其中，主线和支II线均设计为双向4车道，桥面宽度17.5m;支I线采用单向2车道的分离式桥面设计，单幅桥宽8.5m。

上部结构以现浇形式混凝土箱形梁为主，主线桥的其中130m采用混凝土小箱梁的形式。全桥基本采用普通钢筋混凝土结构，只有极少数桥梁施加了预应力以满足承载能力的要求。上部结构混凝土材料为C30。

2  上部结构

钢筋混凝土桥梁的上部结构使其主要承载部分，由于其直接承受汽车荷载的作用，一旦发生病害对桥梁整体使用性能的影响最为直接，减少桥梁的使用寿命。梁式桥的上部结构分为主梁和支座系统，其病害分析叙述如下。

2.1  上部结构混凝土

混凝土作为一种耐久性材料，在中小桥被广泛采用。在周围环境的影响下，材料内部细观构造会发生破坏;混凝土受各种物理和化学变化，会发生各种结构变化，从而产生混凝土病害，严重的会产生安全事故，带来人员财产损失。混凝土病害主要分成两种情况，一种情况是表面缺陷，包括蜂窩、麻面、外表开裂、烂根、钢筋露出、空洞、水纹、接缝不平等;另一种情况是裂缝，包括外力荷载引起的裂缝和非外力荷载引起的裂缝。对不同混凝土病害进行分析如下：

（1）蜂窝麻面。桥梁产生蜂窝麻面是以下原因造成的：

①设计原因。设计结构的时候配筋太密，没有给振捣留足空间，导致振捣不均，产生蜂窝。

②施工原因。施工时模板松动、位置不当引起蜂窝麻面或者形成密集气泡而形成的蜂窝麻面;混凝土施工时缺少充分的振捣。

（2）表面裂纹。在施工后，桥梁表面出现细小的裂纹，通常不连续，长度比较小（30cm内），宽度则小于0.2mm。表面裂纹的产生可能和混凝土硬化时，内外温度不均，导致出现表面裂纹。

（3）露筋。露筋即钢筋混凝土内钢筋直接裸露在外。发生这种状况的原因有钢筋位置不当，没有采用合理的钢筋保护措施，导致钢筋和模板有接触;施工时钢筋绑扎不牢固，导致浇筑混凝土时钢筋位置改变，从而露筋;发生漏振，或是振捣没有达到规范要求，导致出现蜂窝，从而露筋。

（4）空洞。空洞指混凝土内部空洞现象。发生这种状况的原因：钢筋布置过密，混凝土未进行振捣，卡住产生空洞;施工时一次下料过多，过厚或者过高，导致振捣不均或者振捣不到，从而产生空洞。

（5）接缝不平。施工中荷载作用导致的接缝不平。

（6）外力荷载引起的裂缝。由外荷载引起的裂缝，被称之为结构性裂缝[28]，裂缝的大小与外力荷载大小相关。对于外力荷载引起的裂缝一般分为弯曲裂缝和剪切裂缝。

①弯曲裂缝。弯曲裂缝是受到弯矩而产生的裂缝，一般产生在拉应力过大的地方。对于简支梁、连续梁，跨中下缘受到的弯矩最大，裂缝从下缘底端往上发展。在连续梁支座附近，梁的上缘会产生裂缝，裂缝从上缘顶端往下发展。②剪切裂缝。剪切裂缝是指受到剪力或者弯矩和剪力组合下而产生的裂缝。对于简支梁、连续梁，剪力较大的地方是支点地方，产生裂缝方向是梁下缘与梁轴线30°～50°的方向。在弯矩和剪力组合下受力最大的地方也容易产生裂缝，裂缝角度是梁下缘与梁轴线30°～50°位置，以跨中为对称。

（7）非外力荷载引起的裂缝。非外力荷载引起的裂缝又叫非结构裂缝，由于混凝土自身原因或者非外力荷载变形而引起的裂缝，其分类及产生原因如下。

①收缩裂缝。混凝土收缩形成的开裂一般发生在构件的外表，沿着梁、板的长边方向发展。这种裂缝一般在配筋多的地方产生或者含泥量大的时候产生，含泥量大的时候混凝土产生碱骨料反应。②温度裂缝。温度裂缝一般由于混凝土产生的内外温度差而导致混凝土变形而产生的裂缝。浇筑混凝土而产生的水泥水化放热，大气及周围温度，阳光直射都会使混凝土产生内外温度差，出现冷热变化时，即出现温度应力，导致构件发生收缩或者膨胀，温度应力大于混凝土强度时，即产生温度裂缝。③地基变形产生的裂缝。由于地基发生不均匀沉降或者水平位移，从而使构件产生附加应力，附加应力大于混凝土的拉力时，产生裂缝。地基变形主要原因有：勘查精度不够，没有充分了解构件地基基础的详细资料，就开始进行设计和施工，导致基础变形的主要原因;结构荷载差异较大;地基地质条件差异大;地基冻胀产生的原因;施工不当引起的裂缝。

2.2  主梁结构

主梁是桥梁的主要受力构件，主梁发生病害会影响桥梁的使用性能和寿命。一般主梁的病害有裂缝、挠度过大、腐蚀破坏、斜桥发生横向错位等。

（1）主梁裂缝。主梁裂缝主要产生于跨中、支座附近位置的梁侧或梁底。裂缝产生的原因各不相同，其中跨中、支座附近两侧为结构性裂缝，梁侧及梁底为非结构性裂缝。跨中裂缝一般是跨中受弯或混凝土材料收缩形成，梁侧裂缝是施工时分层浇筑时，浇筑间隔时间太长产生的裂缝，梁底的裂缝一般是保护层不够或者是掺入速凝剂过多导致的。

混凝土箱梁的主要裂缝形式有底板裂缝，腹板裂缝，顶板裂缝等。底板出现横向裂缝，说明弯矩应力超过了混凝土抗拉限值，形成原因是收缩徐变等造成的损失和超载车辆的作用。底板出现纵向裂缝，多发生于跨中部位，跨度越大，裂缝越多。主要原因是梁体挠曲或者混凝土收缩。腹板上的竖向裂缝，多发生在腹板，跨度越大，裂缝越长越宽。可能产生原因是设计不当，跨度较大，梁身过高，腹板过薄和分布钢筋不足等。梁体施工质量不良、养护不当、温度环境等因素也会引起裂缝。顶板纵向裂缝，在车轮作用下，顶板产生横向弯曲应力，当横向配筋不足时，形成纵向开裂。

（2）主梁挠度过大。上部结构主梁挠度过大的原因分析如下。①混凝土收缩和徐变。收缩和徐变是混凝土本身所固有的特性。混凝土徐变是可以持续长时间，一般在5～20年达到巅峰，但大部分在1～2年完成。但仍有在8～10年还有增长趋势，个别桥梁在16～20年徐变仍有增加。②荷载增加。荷载增加是一次性的，它会引起主梁挠度增大，但不会持续增大。③主梁刚度发生变化。桥梁结构形成，主梁的刚度不变，引起主梁刚度发生改变应该是截面发生变化，像主梁结构断面开裂，则会使主梁刚度变小。

（3）腐蚀破坏。钢筋混凝土桥梁暴露于自然情况下，受地理环境影响，加上其本身材料的性质，发生化学作用就会发生腐蚀。

3  小结

通过对大连疏港东桥的上部结构的总结了钢筋混凝土连续梁的病害，并分析了产生病害的原因。一座桥梁的病害是不同因素综合作用相互耦合呈现的结果，且各部位之间的病害会相互影响，导致桥梁整体状况恶化。在设计、施工时，要注意各个构件按照规范严格执行，保证设计和施工质量，在运营阶段，要对其进行良好的维护，及时发现问题，尽早修理，增加其使用寿命。

参考文献：

[1] 闻宝联，涂光备，刘凯立等.钢筋混凝土桥梁病害调查及维护研究[J].桥梁建设，2004（1）.

[2] 彭灿.在役桥梁可靠性评估及加固经济性分析[D].大连：大连理工大学，2018.