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1、第一章梁式桥裂缝分析随着时间的推移，交通量不断增大，目前相当数量的公路桥梁，常常由于外界环境的变化、承受活载增长等原因造成相当数量的桥梁存在老化、破损等病害情况，导致桥梁承载能力缺乏。而裂缝又是桥梁病害最常见的一种形式，其诱发原因复杂多变，要钊一对病根对症下药，就必须对裂缝病害的成因做认真分析，才能有钊一对地提出防止裂缝和加固桥梁，提高桥梁承载力的措施、本文针对一种常见的桥型一梁式桥常见的几种裂缝的表现形式，就其成因进行了相对系统的分析，以为便为设计、施工找出控制这此裂缝的可行方法，到达防范于未然的作用。1.1 梁式桥常见裂缝的表现形式1.1.1 桥梁裂缝的分类桥梁裂缝按其表现形式可以分为以下
2、三种：(1)贯穿裂缝:结构别离，不再保持整体性，危害最大。(2)深层裂缝:裂缝延伸到深层，危害着结构的整体性，危害严重。(3)外表裂缝:结构外表浅层，龟纹状裂缝、竖向裂缝、水平裂缝、十缩裂缝等。1.2 梁式桥常见裂缝的其体表现形式(1)弯曲裂缝如图1所示的梁板结构裂缝图，梁的弯拉区产生的是弯曲裂缝，主要表现形式为从梁底向上开裂，垂直于主筋。这种裂缝在受荷时，已有裂缝的长度会缓慢地延长，裂缝也会变宽，同时，又会出现新的裂缝;卸载时，裂缝一般恢复原状，这样的裂缝是属于弹性范围的裂缝，性质比拟稳定,但是，有个别裂缝为深层裂缝，也有局部贯穿裂缝。剪切裂缝如图1所示，在梁的剪拉区产生的斜裂缝，发生在支座
3、与1/4跨径之间.与梁轴间的夹角一般为45-600的夹角、这种裂缝宽度不会很大，但是易与受拉区裂缝相连。(3)梁板结构主筋局部的水平纵向裂缝在主筋位置附近，沿着主筋的延伸为一向，会出现水平纵向裂缝，一般长度可达半跨,宽度较大。这种裂缝产生原因较复杂，或是混凝上先开裂，继而钢筋锈蚀;或是钢筋锈蚀膨胀引起混凝上开裂，与施工质量，保护层厚度混凝上添加剂等有关。混凝上梁上的网状裂缝混凝上梁上有时会产生网状裂缝，这种裂缝在车辆荷载下长度和宽度变化一般较小，一般是由于混凝上内外所受外界不均匀的非荷载作用所致。支座处裂缝在简支梁支座的垫板处的梁体上，支座垫板与混凝上的交界处，往往会发生两条大的斜裂缝，主要原
4、因是桥墩发生不均匀沉降、歪斜;局部混凝上承压不够;支座倾斜或者活动支座失灵。1.2梁式桥裂缝产生的原因分析梁式桥裂缝产生的原因归根结底可以分为内因和外因、内因主要有:构件的材料质量缺陷，截面尺寸设计缺乏、施工、设计缺陷、养护失误等。外因主要归结为:结构超载、位移约束、温度、收缩、徐变影响、灾害损坏影响等。2.1 混凝上结构构件材料质量缺陷桥梁工程中，质量、速度和经济往往相互制约，如果片面地追求经济和速度，那么质量就得不到保证。施工单位为求利益最大化，往往会片面地追求经济和速度。为了降低本钱，施工单位往往会使用一此达不到设计要求的水泥，或者偷工减料，这样做的直接后果就是导致桥梁的抗力降低，使用一
5、段时间便会出现明显的裂缝。同时为了片面追求施工进度,施工单位往往会在水泥中参加过量早强剂、减水剂等。混凝上中添加剂的过量使用往往会导致混凝上碳化，钢筋锈蚀，从而使混凝上产生胀裂裂缝。2.2 截面尺寸缺乏桥梁的自身的抗力不仅与材料性能有关，更取决于结构的整体刚度，截面尺寸过小会导致结构的整体刚度缺乏，使得抗力过小，难以抵抗使用阶段的外荷载。因此，截面尺寸也不容无视、截面尺寸缺乏有可能是施工为一为偷工减料，或者其他失误造成的，也有可能是设计偏于保守造成的。2.3 施工一座桥梁结构的失效很容易让大家联想到施工问题，比方说前面所讲的偷工减料，或者在混凝上里面参加过量的添加剂，因此，施工问题是大家所关注
6、的一个比拟重要的问题。施工问题主要有钢筋保护层以及混凝上构件的人缺陷，如:水泥选用不当、混凝上配合比不适宜、振捣不充分或者过振、预应力的施加或者不养护不到位等。2.4 设计缺陷局部桥梁设计上存在问题，也是引发事故的一个重要因素。一个工程不可一味地说成是施工问题，设计一日出了问题，可能比施工问题还要大，可能造成的事故会更恶劣。设计的缺陷主要表现在设计所采用的标准本身所存在的缺乏、设计时所采用的设计标准偏低、设计转包等加重了结构的平安隐患。2.5 养护重建轻养是我国桥梁普遍存在的问题，桥梁结构在设寿命周期内各个组成部件其有不同的耐久性极限，需要定期检测、评价、鉴定、养护、修理，甚至更换或加固，才能
7、保证结构在设计寿命期内的效劳功能、重建轻养的直接结果:随着交通量的与日俱增，车辆载重量的不断提升，很多桥梁处于带病超负荷运营状态，损坏速度不断加快、2.6 结构超载随着社会的开展，交通运输竞争已日益剧烈，对于桥梁按原有的设计标准来说，能够抵御原有的设荷载，但车辆的超载问题愈来愈严重，使得桥梁结构不堪重负，导致结构开裂，承载力下降，形成恶性循环。27位移约束当受地基或者其他因素的影响桥墩产生倾斜、不均匀的沉降，根底产生水平位移会使得超静定结构产生附加应力，当这种应力大于混凝上的抗拉强度的时候结构就会产生裂缝,这是位移约束的一种常见形式。2.8 温度温度是影响混凝上开裂的不可无视的因素、混凝上受温
8、度的影响会产生热胀冷缩的效应。当受到温度的影响时，混凝上会产生变形，而混凝上往往其有一定的厚度，使得混凝上块内部和外部往往其有不同的温度，即温差，这样就会使得混凝上内部和外部变形不一致，使得结构内部产生应力，当产生的应力大于混凝上的抗拉强度的时候就会产生温度裂缝、引起温度变化的因素很多，最主要的有日照、年温差、水化热、骤然降温、冬季施工或养护措施不当等。日照温差会使得混凝上块背光侧和面光侧温度明显不一样，暴露在太阳底下的结构面温度明显高于其他部位。由于受到自身变形的约束，导致局部拉应力较大，从而产生裂缝。由于日照温差是常有的，所以是导致结构温度裂缝的最常见因素之一。年温差主要是导致桥梁的纵向位
9、移引起纵向裂缝、水化热。在浇筑大体积混凝上的时候，由于水泥水化会释放热量，与大气接触的结构外外表热量释放较快，而结构内部由于受到约束，导致热量无法及时释放，使得内外温差较大，从而导致外表裂缝的产生、骤然降温。日落、冷空气侵袭、突降大雪等使得混凝上结构外部温度突然降低。但结构内部温度的下降那么相对较慢，从而产生温度应力、导致骤然降温裂缝的产生。在冬季施工或者养护时，需要采取特殊的措施来防止混凝上骤冷骤热的影响。但当措施使用不当时，往往会使得内外温度不均导致裂缝的产生。第二章拱桥病害与成因分析拱桥加固技术研究的关键在于首先要进行拱桥常见病害的分类与调查，在此根底之上进行拱桥的加固技术的研究，并制定
10、评定指标体系。本章结合拱桥的不同类型、受力特点以及各种类型拱桥的组成局部，调查拱桥的不同病害特征，并分析造成其病害的内外在原因。2.1拱桥的受力特点拱桥的特点是在竖向荷载作用下，两端支承处除有竖向反力外，还产生水平推力。该水平推力使拱内产生轴向压力，并大大减小了跨中弯矩，受力图示如图2.1所示。图2.1拱桥的受力图示这使得拱圈成为主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能差而抗压性能好的污工材料（石料、混凝土、砖等）建造拱桥，这种拱桥可以就地取材，节省钢筋和水泥且承载能力大，在我国修建的比拟多。钢筋混凝土拱桥减小了拱的截面尺寸，减轻拱的重量，可以有效提高拱桥的经济性能。我国在六十年代创立了一
11、种新型拱桥形式双曲拱桥，并在六、七十年代在全国范围内得以广泛推广。近年来，随着施工工艺和材料的改良又出现了许多新型拱桥型式如钢管混凝土拱桥，增强了拱桥的跨越能力并提高了拱桥的承载能力。理论推算，混凝土拱桥的极限跨度可达50Om左右，钢拱桥的极限跨度可达1200m左右。但由于它是一种推力结构，支承拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建拱桥对地基的要求很高;对于多孔连续拱桥，为防止其中一孔破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，设置单向推力墩以承受不平衡推力;混凝土拱桥施工需要劳动力多，建桥时间长等。污工拱桥或是钢筋混凝土拱桥虽然存在以上缺点，但是由于其优点突出，在我国公路桥梁中得到了广泛的应
12、用。简单体系的拱桥可分为三种:三较拱、两较拱和无较拱，其中三钱拱是静定的，后两种都是超静定的三校拱属于静定结构，故温度变化、支座位移等原因引起的变形不会在拱内产生附加内力，计算时也无需考虑弹性变形的影响。但是由于钱的存在，减小了结构的整体刚度，降低了抗震能力，故一般较少采用。两钱拱属于一次超静定结构，由于取消了拱顶较，结构的整体性较三钱拱大。较之无较拱减小了根底位移、温度变化、混凝土收缩和徐变等引起的附加内力。无钱拱属于三次超静定结构，在自重及外荷载作用下，拱内弯矩分布比两钱拱均匀。由于无钱，结构的整体刚度大，构造简单，施工方便，在实际中使用广泛。但由于无钱拱的超静定次数高，温度变化、材料收缩
13、、结构变形，特别是墩台位移会在拱内产生较大的附加内力，故无钱拱对地基要求很高。不过，随着跨径的增大，附加内力的影响相对减小，因而无钱拱仍是国内外拱桥上常用的一种构造形式。拱式桥梁在荷载（恒载、活载）作用下，除了承受荷载产生的轴向压力外，还承受荷载对其产生的弯矩和剪力，由于剪力影响相对较小，所以拱式结构是以压弯构件作为承重结构。根据材料力学的根本原理，其计算式为：式中：为主拱圈截面拉（压）应力;N,M和A分别为主拱圈截面轴向力、弯矩和截面面积;I为主拱圈截面的惯性矩;ymax为主拱圈截面形心至截面上（下）缘的距离。由此可见，拱式桥梁主拱圈结构受力状况由三个要素决定，即荷载（活载、恒载）作用产生的
14、内力（轴力、弯矩）、主拱圈截面的面积和抗弯惯性矩，以及主拱圈材料的自身强度。2.2拱桥技术缺陷总体来说，我国公路桥梁存在的技术缺陷主要有以下几个方面：设计荷载标准偏低，承载能力缺乏。桥梁的承载能力是根据设计时所采用的荷载等级来确定的，而荷载等级又是由各个时期国家公布的公路工程技术标准或公路桥涵设计通用标准所规定。早期建造的桥梁，特别是上个世纪60,70年代建造的桥梁，设计荷载大多在汽车一15级以下，有的甚至在汽车一10级以下。随着交通量的增加和荷载等级的提高，原有桥梁已经无法满足现今交通的需要，有些桥梁已经出现严重病害，有的桥梁已有出现病害的可能。通行能力缺乏。这主要表现在桥面宽度缺乏、桥梁线
15、形标准太低、桥上通车净空或桥下通车净空缺乏等几个方面。人为及自然因素引起结构的损坏。比方超出设计的洪水、泥石流、浮冰、冰冻、地震、强风、船舶撞击，河道不恰当开挖，桥梁根底下的岩溶、矿山坑道等，引起桥梁结构的局部损坏。自然老化。早期公路桥梁的设计龄期为50年，随着时间的推移，己建桥梁会不断损坏和老化，其承载力、刚度、延性和稳定性不断下降，这是一个不可改变的客观规律。超期服役。这局部桥梁并不是太多，但主要是建造时期较早，比方50,60年代建造的桥梁，设计使用寿命只有3050年，但这些桥梁目前仍在使用中。超负荷使用。随着我国改革开放的深入，交通运输业竞争不断加剧，按路线等级或者预期设计荷载等级来说，
16、其设计荷载等级并不低，但由于一些特殊原因，桥梁使用荷载大大超出设计荷载，致使桥梁长期在超重荷载作用下运营，加速了桥梁的损坏。我国北方某些地区，如山西、河南、河北等地，其丰富的矿产资源往往需要大量外运，因此运输车流量逐年增加，远远超出了当年的设计车流量，且超载现象十分严重，致使沿线道路及桥梁均遭到了不同程度的破坏。设计、施工的先天缺乏。有些桥梁在设计上不是很合理，结构构造处理也不合理，这些桥梁在早期运营时其缺陷并不明显。运营一定时间苦.病害会逐渐显现出来:有些桥梁由于受施工质量、施工技术、施工手段等影响，存在一定的技术缺陷，随着运营时间的增加，其病害也在逐渐开展。养护维修及加固措施不当。有些桥梁的技术缺陷是由于养护维修不恰当引起的，比方桥面维修增加过大的恒载，致使桥梁负
