桥梁养护第十二课

'第12课拱结构养护同济大学桥梁工程系桥梁评定与加固研究室徐俊2009.09 拱桥的分类•材料：圬工拱桥、混凝土拱桥、钢拱桥、钢管混凝土拱桥•桥面：上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥•铰数：无铰、单铰、双铰、三铰•混凝土拱桥：普通、双曲拱桥、桁架式拱桥、刚架拱桥 拱桥的特点•主体结构以承受压力为主•拱脚存在水平推力 圬工拱桥•采用砖、石、混凝土(无钢筋)材料•材料间存在砌缝 主拱圈横向裂缝•特征：¢沿砌缝开裂,贯通拱圈底面全宽¢外宽内窄•位置：拱顶下缘，拱脚上缘•成因：¢主拱圈太薄¢砌缝材料强度过低¢基础沉陷，墩台移位¢拱圈受力不对称¢拱轴线偏离压力线 主拱圈纵向开裂裂缝由桥墩竖向向上发展到拱圈，由于基础不均匀沉降所致裂缝由跨中向两侧发展，由于拱圈横向不均匀变形所致 腹拱与拱上立柱开裂腹拱圈跨中拱底横向开裂，往往贯穿全宽。降低腹拱强度和刚度，削弱腹拱与主拱共同作用能力拱上立柱纵向开裂，由拱脚向上方延伸，由于基础不均匀沉降导致 屈曲变形是由于轴压过大所致 侧墙开裂与外倾侧墙起挡住拱背填筑作用。因受侧向力(冻胀、渗水压力等)而导致外凸或与拱圈连接界面的脱开和开裂。实腹拱的拱上侧墙均参与拱的共同作用，故出现裂缝的现象较为普遍。侧墙病害会降低拱圈的承载潜力，并常导致桥面系的破坏。 渗水拱圈下缘白化，面层剥落。桥面防水失效，使积水从桥面进入拱内填料，最终由拱圈缝隙中渗出。渗水循环过程会带走砌缝中的可溶盐，使砌缝强度降低。 风化与生物侵蚀 墩台破坏横向不均匀沉降：主拱圈及侧墙将倾斜、扭转，严重时导致开裂。纵向不均匀沉降：侧墙产生竖向裂缝；下沉墩附近的主拱圈拱脚下缘开裂，上缘与侧墙脱离。墩台基础破坏与上部结构破坏是相互的,下部破坏引起上部拱圈开裂,进而又加剧了墩台的破坏。 •检测重点•预防性养护圬工¢保洁拱桥¢清理表面植被、苔藓¢修复损坏砌缝养护•维修加固作业¢砌缝注浆¢设钢拉杆及桥台顶推复位¢改变体系，减轻荷载 简单体系混凝土拱桥特点：结构形式与圬工拱桥类似，但拱肋与拱上立柱更普遍采用，采用钢筋混凝土代替圬工材料建造 拱肋开裂成因：截面抗弯刚度较低 拱顶开裂出现在拱顶正弯矩区内。影响因素包括：1.温度、恒载及交通荷载作用；2.收缩徐变使拱轴缩短；3.拱脚基础发生水平变位或者拱脚前倾。 拱脚开裂影响因素：温度、恒载、交通荷载；混凝土收缩徐变作用等影响因素；基础变位。 拱上建筑开裂•底座梁开裂¢未对底座梁进行受力分析，配筋不足•盖梁与立柱剪切与弯曲裂缝¢拱肋不均匀沉降；¢拱上建筑横向联系弱，导致局部存在较大的剪力与弯矩 拱肋间横系梁开裂横系梁跨中呈竖向开裂，拱肋处则八字形开裂。成因：车辆荷载分配不均；拱肋竖向刚度较低，拱肋间存在相对位移；温度及混凝土收缩作用下也有一定的影响。 侧墙病害实腹式拱侧墙鼓肚在北方冬季较为常见，其原因是桥面排水不畅，冰雪融水渗入拱波上方填土并在冬季冻结膨胀。 其它病害拱肋变形拱肋变形表现为突然增大的侧向变位或S形变形(连拱结构)，其原因主要是船撞或拱肋混凝土收缩徐变。拱座偏移拱座偏移表现为拱座不同程度的竖直沉降以及水平位移。 双曲拱桥双曲拱圈由拱肋、拱波、拱板和横向联系构件等几部分组成。采用“化整为零、集零为整”的成型方式，充分利用了预制装配施工方法，适用于无支架和无大型吊装设备的施工条件。 径向裂缝拱脚附近横向裂缝由负弯矩引起，上宽下窄，垂直于拱轴线向下延伸。拱顶附近横向裂缝由正弯矩引起，下宽上窄，沿竖直方向向上延伸。限于当时的条件，拱肋普遍采用较小的断面尺寸，钢筋采用Ⅰ级钢筋，主筋最大直径仅为14～16mm，箍筋直径常为6mm，设计配筋率明显偏低；混凝土材料普遍采用200号(约相当于C20等级)混凝土。导致拱肋设计刚度和设计强度都偏低。 纵向裂缝•出现在拱圈较宽的双曲拱中•范围：1/4L~3/4L•位置：拱波顶部¢填平式拱板刚度大，在热胀冷缩过程中限制拱波位移，使拱波顶部最不利截面开裂。¢双曲拱桥横向约束较弱，荷载横向分配不均匀。¢拱波起连拱作用。 接合面裂缝•位置：拱肋与拱波结合面•拱脚处¢肋、波之间的抗剪能力很弱，拱脚剪力较大•拱顶处¢肋波间产生了径向拉力，而肋、波间抗拉能力很弱 其它拱上建筑开裂•腹拱开裂，主要为腹拱横向和环向开裂，并以横向开裂最为严重；•立柱开裂，常见于盖梁与立柱连接处、盖梁与支座交界处等；•侧墙开裂、侧墙与主拱圈脱开。 桁架拱桥由桁架拱片、横向联结系和桥面板三部分组成。拱片由上弦杆、腹杆、下弦杆构成空腹段和跨中实腹段两部分兼具桁架与拱桥的优势，实腹段主要承受轴向压力和弯矩，空腹段除上弦杆外其余杆件承受轴力，材料得到了较好的利用。 桁架拱桥可采用悬臂施工法，分片预制安装 上弦杆牛腿碎裂下弦杆拱脚裂缝与桥台相接处，伸缩量裂缝基本呈垂直状，上大，桥头不平顺导致牛宽下窄腿开裂破碎实腹段裂缝竖杆湿接缝开裂截面较小，弯矩较大，竖杆不但受压还承受弯矩竖直裂缝作用，节点处薄弱，产生横向开裂 刚架拱桥构成：刚架拱片、横向联结系和桥面板刚架拱片是刚架拱桥的主要承载结构，一般由拱顶实腹段、空腹段的纵梁、拱腿、斜撑等构成 主拱片开裂•类型¢实腹段跨中开裂、上弦杆跨中开裂、拱脚处开裂、主次节点位置开裂•成因¢墩台发生位移¢横向刚度不足单片拱受力增大¢预拱度不足¢收缩、徐变、温度¢超载 横系梁、横隔板开裂∑竖向的断裂裂缝∑成因：微弯板的侧向水平推力作用，在超载荷载作用下拱片竖向不均匀变形 微弯板及桥面板病害•混凝土强度低•微弯板或拱波厚度不足•荷载超限 钢筋混凝土拱桥养护作业•检测重点¢构件连接节点开裂、墩台移位、有铰拱的铰¢常规混凝土结构检测•预防性养护•维修加固¢开裂：环氧封闭或外贴碳纤维布¢微弯板损坏：更换为主¢拱肋应力不足：增大截面¢基础偏移：拉杆、扩大基础、顶推复位 钢拱桥及钢管混凝土拱桥 管内混凝土不密实•原因：¢施工技术：构造复杂，难以确保密实¢温度：两种材料热膨胀系数不同•影响¢混凝土分层，上层甚至出现空隙。下层质量好，上层质量差。¢削弱钢管对混凝土的套箍作用•采用敲击或超声波检测 拱脚钢管外包混凝土开裂成因：a.材料热膨胀系数不同；b.拱肋、系杆以及支座三者的作用线未交于一点；c.箍筋不足，被压裂。 钢与钢管混凝土拱桥养护作业•检测重点¢拱脚钢与混凝土连接构造¢钢管与混凝土间空隙•预防性养护¢冬夏季来临时，在裸管端与混凝土接触位置涂覆厚油脂。避免钢与混凝土间温度差异过大•维修加固¢钢管与混凝土空隙，通过钻孔向空隙内注入环氧树脂水泥沙浆。¢拱脚开裂：仅龟裂时封闭处理，否则采用植筋、凿毛重筑 第十二课结束！！'