桁架拱桥病害分析及加固技术认识

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400000)

桁架拱桥是由桥台、桁架拱片、微弯板及横向联系等部分组成[1]，其中间为实腹段，两侧用拱形桁架片构成的拱桥。施工简便、质量轻、刚度大，外形美观灵活，是继双曲拱桥之后一种独特的拱桥结构，上世纪50-70年代在我国各大地区得到广泛应用，但是随着交通运输量、车辆密度和车辆载重的激增，已建的一些桁架拱桥受到了损坏，在使用上出现了问题。为了确保交通顺畅，对这些桥梁进行病害及成因分析进而进行维护和加固是目前的首要任务。因此，这一系列旧桥病害研究对我国乃至世界的桥梁设计有着深远的影响和重大的帮助。

一、钢筋混凝土桁架拱桥常见病害

(一)混凝土开裂

在桥梁结构中，混凝土梁体的开裂是一种常见的现象[2]。对于混凝土的开裂，裂缝可分为梁顶、底板开裂、腹板裂纹和齿板裂纹等[3]。根据形成因素可归结为结构性裂缝和非结构性裂缝。结构裂缝是指混凝土在极限应变作用下的开裂现象。宽度与外荷载的作用有紧密关系。非结构性裂缝一般是指由于结构本身约束的限制而引发的开裂。经试验可以发现混凝土收缩、徐变和温差都是引起非结构性裂缝的因素。

(二)钢筋锈化

如果在施工中，质量没有得到很好的控制，加固的桥梁结构就会生锈，钢筋应力区域减小，结构的承载能力就会降低，从而降低了钢筋材料的耐久性，而体积膨胀则会导致混凝土或混凝土砌块的开裂[4]。混凝土开裂后，混凝土保护层下的钢筋暴露在空气中，开始产生恶性循环。当混凝土保护层厚度不足[5]，也会对钢结构的混凝土结构破坏的重要原因，环境的pH值等表面缺陷会造成钢结构的腐蚀，钢筋锈蚀对钢筋混凝土桁架拱桥的结构是一种最具破坏性的因素。

(三)桥梁构造物病害影响

1.桥梁伸缩缝带来的影响。伸缩缝装置通常位于梁端相对脆弱的部位。它受桥面温度变化和车辆荷载的影响，其结果就是会引起桥梁的膨胀变形[6]。很容易被损坏和堵塞。甚至有时桥面板的渗透腐蚀会导致梁主体结构的腐蚀和支撑的加固[7]。其常见病害可概括为：老化、脱落、节理活动异常和锚固构件损伤。当槽内填充其他硬体，不易变形，结构件凹陷或突出。

2.桥梁墩台、支座造成的病害。动支座可保证桥梁上部结构自由形变(旋转或移动)，如果杂物进入，或内部钢筋锈化，支座螺母的松动或者断裂[8]，轴承上螺栓脱落，支座滑动面粗糙，橡胶支座老化，都会使桥梁上部结构的能力会失去自由膨胀。

(四)桥面铺装病害

桥面铺装破损已严重危害了公路桥梁的健康运营。特别是近年来车辆的增加，出行率的提高，再加上超载车辆的损伤效应，使混凝土铺装层开裂现象愈发明显[9]。又由于过去设计的桥面铺装层太薄且铺装层中配筋很少，致使其难以抵抗荷载作用，就会影响桥梁的使用寿命，铺装层主要病害是铺装层的纵向、横向和网状出现裂缝，或铺装层剥落。

二、对这些病害成因的讨论与研究

(一)梁、柱等主要承重构件中产生的裂缝

在施工阶段和使用阶段都有着裂缝产生，混凝土裂缝可分为微观裂纹和宏观裂纹[8](裂纹是指在混凝土的开裂荷载或不低于混凝土的微小裂纹，受混凝土收缩等主要影响因素；混凝土裂缝的主要的塑性变形是指在各种荷载作用下的可见裂纹，往往出现在结构表面、纵向、横向或者直接贯穿内部等，与结构应力分布有直接关系)，它对桁架拱桥的危害主要有：1.加速混凝土碳化；2.天气情况恶劣时，混凝土耐腐蚀性会受到考验，特别是当雨水沿裂缝渗入混凝土时，混凝土的强度降低；3.不利于桥梁结构的稳定性，不仅是影响桥梁结构的外在、正常工作和使用年限，长期性的裂缝渗透可能会使桥梁整体崩塌。

(二)主拱圈病害分析

若在设计初期桁架拱桥只是为了外形的轻巧而缩节建筑材料，导致混凝土结构的低强度并且配筋稀少，做出的主拱圈截面不够大，轻视了主拱圈在施工过程和未来的工作中的重要性，导致主拱圈承载力严重不足，偏载情况会对桥中部分的拱圈产生剪切作用，导致横系梁起不到抗剪目的，纵向裂缝就会出现在主拱圈附近，严重时还会造成工程事故。

(三)桥面铺装层的病害分析

据网上多年来的调研分析，混凝土桥面铺装层受到破坏比例占公路桥涵总体受损比例在爬升，随之维修费用也逐年加大。众所周知设计桥面铺装层是维护桥面板，增强它的耐久性和工作年限[10]，因此，设计桥面铺装层是为了控制裂缝的产生和找出合适的铺装层厚度。

三、总结

(1)当前钢筋混凝土桁架拱桥还存在其他的病害，造成混凝土开裂、内部钢筋锈蚀、桥面铺装层损坏、桥梁伸缩缝和墩台支座病害的原因也不止上述部分，还有如设计理论的不合理、使用年限太长、地质构造复杂等因素；另外，须重视普遍拱桥中下部墩台和基础的不均匀沉降现象。(2)对桁架拱中的主要受力构架要配置足够的钢筋，或预应力筋，来减少裂缝。(3)对已建成的桁架拱桥要定期检测，加强养护管理来保证其安全地持续性运行。(4)通过对桁架拱桥的常见病害的认知和分析，希望能对该类型桥的维修加固有一定的帮助。目前，混凝土桁架拱桥在全国范围都有广泛使用。对于病害的防治，也应得到工程人员的关注，广泛使用的解决方法在上述文中已经阐明。总而言之。质量好的工程建设，才有利于人民生活的发展，才能促进交通，达到互惠互利的目的。