桥梁检测及大跨径梁式桥的病害原因与对策

1、桥梁检测及大跨径梁式桥的病害原因与对策科研为本 创新为魂 服务为策 奉献交通 1. 截止2006年底 我国公路桥梁数量及状况 2006年底，全国公路桥梁达53.36万座、2039.91万延米。其中特大桥梁1036座、171.45万延米，大桥30982座、638.58万延米，中桥12.11万座、607.30万延米，小桥38.05万座、622.57万延米。 我国公路桥梁的基本情况和对试验检测技术的需求目前国内桥梁存在的问题上世纪50年代后期和60年代桥梁荷载标准低，承载力不足。上世纪80、90年代后修建的桥梁部分出现质量问题，病害严重。截止2006年底，全国查出危桥（五类桥）约占全部桥梁的2%。近

2、年来的桥梁垮塌事故 广东九江大桥被撞断2007年6月15日清晨5:10，广东南海九江大桥遭运沙船撞击垮塌。事故造成4辆汽车坠江，另有9人死亡。常州公路桥坍塌2007年5月13日凌晨5时15分，位于常州境内的运村大桥轰然坍塌，幸未造成人员伤亡，只是水陆交通被迫中断。北京顺义新桥坍塌2006年12月9日，北京市顺义城区北侧减河上一座悬索桥在进行承重测试时突然坍塌，约50米桥体连同桥上进行测试的10辆满载煤渣的运输车一起塌下，1名司机和2名检测人员受伤。近年来国内塌桥事故一览甘肃岷县垮桥2006年5月16日上午10时49分，位于甘肃省岷县县城以北500米处，始建于1974年的省道306线北门洮河大桥

3、突然全部垮塌。这座陪伴了岷县人民32年的大桥的垮塌，造成4人受伤。江苏扬州“3.11”塌桥2006年3月11日早上7时，扬州市江都郭村镇通扬运河上的一座大桥在拆除过程中轰然坍塌，致使9名民工落水，造成4死5伤。近年来国内塌桥事故一览深圳龙岗塌桥2004年6月14日凌晨3时许，深圳龙岗区坪地镇年丰村通往坑梓镇的矮江桥发生塌陷事故，幸无人员伤亡。估计事故与桥梁设计荷载或当地地质构造有关。河南西平桥塌方2000年10月20日，河南西平县一座正在施工的“豆腐渣桥”路基突然塌方，3名无辜民工当场死亡。涪陵公路桥垮塌2000年9月11日上午8时30分，位于涪陵至重庆的国道319线上的斜阳溪大桥突然垮塌，近

4、30米长、7米宽的一段桥面发生整体垮塌，国家一级光缆、重庆至武汉长途传输光缆线中断，涪陵至重庆道路中断。近年来国内塌桥事故一览泸州浮桥沉塌2000年8月20日上午8时许，四川省泸州市境内的奈溪河发生一起浮桥沉塌事故，数十人落水，有7人失踪。甘肃“7.24”垮桥1999年7月24日，甘肃省岷县北郊憩乐岛公园的铁索桥突然坍塌，致使32人落水，18人死亡。据查，该项目仅凭一次县长办公会的决议就匆匆上马，并不听水利部门劝阻而开放迎客。重庆綦江断桥1999年1月4日18时52分，横跨重庆綦江县新旧城区的一座步行桥突然整体垮塌，死亡40人，轻重伤14人。这座长约102米的中承式拱形桥，是綦江县城主要的人行

5、桥，建成还不足三年。近年来国内塌桥事故一览年月日晚时分，重庆市綦江县城区一座步行钢管拱桥突然整体垮塌，数十名过桥者随大桥坠入桥下的綦河，造成了严重伤亡事故。这次因工程质量导致的重大责任事故，共造成人死亡。綦江彩虹桥宜宾小南门桥主跨240米中承式拱桥，1990年11月建成通车，2001年11月因吊杆严重锈蚀断裂，造成部分桥面跨塌。辽宁盘锦田庄台大桥大桥桥位于盘锦与营口交界处，连接辽河两岸，桥长500余米 ，2004年，在80吨的严重超载情况下，使大桥第9孔悬臂端预应力结构瞬间脆性断裂 。苏州堰月桥 （2005年4月）甘肃洮河大桥（2006年5月）大桥建造于年代中期，距今已有年左右的历史。位于甘肃

6、省道306线上,岷县县城以北500米处，始建于1974年,总长200多米，桥宽8米。山西运煤车超载60米桥垮塌 2007年8月15日，一辆总重达183.2吨的货车经过208国道太原市小店区段东柳林桥。重压之下，东柳林桥西半幅桥面整体垮塌。这辆压塌208国道公路桥的六轴货车，超限运输比率为233.1%，实际载货量接近三个火车皮。 183吨货车压塌208国道桥 凤凰沱江大桥施工时垮塌凤凰沱江大桥石拱桥2007年广东九江大桥2007年江苏常州公路大桥 2008年10月28日，在江苏省高邮市汉留镇四异村三阳河四异桥水域，一艘安徽宣城籍空载货船由北向南穿行四异大桥中心桥洞时，由于驾驶舱顶棚过高，将四异桥

7、桥面拉垮，致使大桥桥面发生坍塌。 江苏高邮发生货船撞塌桥梁事故 贵州一在建公路项目发生桥梁垮塌事故 2005年12月14日凌晨5时30分左右，正在施工的贵（阳）开（阳）路小尖山大桥发生垮塌事故，这是事故现场。2009年5月17日下午4时24分，湖南省株洲市市区红旗路一高架桥发生坍塌事故，桥下多辆车辆受压。 湖南株洲市区高架桥坍塌 近年来国外塌桥事故一览1989年10月17日，美国Cypress Freeway在1989年旧金山7.1级的地震中倒塌，造成42人死亡。1994年10月21日，韩国首尔Songsu大桥中间段在早上上班高峰时期断开，坠入汉江，导致31人死亡。1995年1月17日，日本神

8、户发生灾难性的里氏7.3级地震，造成了严重人员伤亡和财产损失，其中一座四车道悬空高速公路断裂，将道上汽车甩落地面，导致18人死亡。1995年10月8日，阿尔及利亚拉格瓦特省一个小镇大雨之后一座桥坍塌，导致50人左右丧生。2001年3月4日，葡萄牙北部的Hintze-Ribeiro大桥坍塌，一辆汽车落水，导致多达59人死亡。2003年8月28日，印度达曼西部沿海区域一座大桥坍塌并坠入泥河，一辆校车及多辆轿车被卷入湍流，至少25人死亡，其中包括23名儿童。2006年12月2日，印度比哈尔邦帕戈尔布尔火车站附近一座150年的旧桥在被拆毁的过程中坍塌，地面一列火车被压，导致33人死亡。2007年3月2

9、0日，几内亚盖凯杜省一座大桥坍塌，地面一辆满载乘客和货物的卡车被压，导致至少65人死亡。 近年来国外塌桥事故一览2007年7月31日：美国加州奥罗维尔市一座兴建中的公路大桥突然倒塌，压毀一架货车，一名建筑工人跌落15米处重伤。 2007年4月：一架汽油库货车侧翻，发生爆炸，导致三藩市至奧克兰海湾大桥的高速公路一截路段倒塌，货车司机受伤。 2006年9月：加拿大魁北克一座大桥倒塌，5人死。 2005年11月：西班牙南部一座兴建中的公路大桥倒塌，6人死。 2003年5月：美国內布拉斯加西部的80号州际公路，一架拖拉机撞向桥梁，导致大桥塌下，压住货车，司机死亡。 2002年5月：美国俄克拉荷马州阿肯

10、色河上一座桥被驳船撞塌，14人死。 2001年9月：一列驳船撞向桥梁，使美国得州一座桥塌下，8人连车落水而死。 2001年3月：葡萄牙里斯本的大桥倒塌，一架旅游巴士落入河中，超过50人死亡。 1998年6月：一列火车从慕尼黑前往汉堡途中，于德国汉诺威出轨，造成101人死，并导致天桥倒塌。 1987年4月：美国纽约一座高速公路大桥倒塌，10人死。 1980年5月：美国佛罗里达州坦帕湾的大桥在暴风雨中遭船只撞塌，35人死。I-40 Bridge, Oklahoma, US（2002年5月）美国俄克拉荷马州美国明尼苏达州密西西比河大桥垮塌 2007年8月1日国外桥梁的现状日本日本在七、八十年代汽车运

11、输急剧发展，汽车日益大型化、重型化，交通量逐年增加。1956年以前按旧标准设计施工的桥梁，其承载力明显不足。据统计，这类桥梁约有5500座，其中混凝土桥梁约有4500座。 部分桥梁承载能力偏低； 早期修建的桥梁有相当数量由于设计、施工或结构体系上的弱点，或因老化、衰退而“带病”工作； 八十年代以后修建的不少索结构桥梁，由于当时技术上的限制，普遍出现过早老化、腐蚀现象； 近二十年修建了不少预应力混凝土连续梁和连续钢结构桥普遍出现跨中下挠、梁体开裂等问题；2.对试验检测工作的需求人工采砂、造田、上游修水库，桥位河床下切，基础深度不足，结构振动过大；沿海桥梁结构耐久性问题；桥梁加固效果的评价。 这些

12、问题要通过科学手段、方法加以诊断、评价，以确定对策。桥梁检查的分类 按照检查的范围、深度、方式和检查结果的用途等的不同，大致可归纳为下列三类：经常检查（巡视检查、日常检查）定期检查特殊检查3.目前桥梁养护管理制度巡视检查是由专家对一条线路或一定区域内的桥梁进行的快速扫视检查；目的是：对所需检查的桥梁的技术状况和主要存在问题形成一个总体印象，以便能对它们进行初步的排序以及为进一步的检查作技术准备。 (1) 巡视检查日常检查也叫例行检查或叫经常检查，一般一月一次，由路段检查人员或桥工班或护桥人员进行扫视检查；目的是：确保结构功能正常，使结构能得到及时的养护和小修保养或紧急处理，对需要检修和一些重大

13、问题作出报告。 (2) 日常检查通常由具有一定检查经验并受过专门桥梁检查培训以及熟悉桥梁设计、施工等方面知识的检查工程师，按照规定周期，对桥梁主体结构及其附属构造物的技术状况进行定期跟踪的全面检查。一般3年一次。 目的是：通过对结构物进行彻底的、视觉的和系统的检查，建立结构管理和养护档案，对结构的缺损状况作出评估，评定结构构件和整体结构的技术状况，确定改进工作和特别检查之需求，并确定结构维修、加固或更换的优先排序。(3) 定期检查依据检查目的可划分为应急检查和专门检查两种 依据检查工作的性质可划分为现场检查和实验室测试分析两大部分从检查方法上可划分为目力检查和简单物理测量方法以及无破损或半破损

14、检查方法采用仪器设备进行现场测试、荷载试验等(4) 特殊检查（1）对定期检查中难以判明损坏原因和程度的桥梁，有必要使用特殊设备或专门技术对定期检查作补充时；（2）在进行复杂和昂贵的维修之前，需查出定期检查中未能发现的损坏情况时，或对拟通过加固手段提高荷载等级的桥梁；（3）在发生特别事件之后，如洪水灾害、流冰、漂流物和船舶撞击事故、滑坡、地震、风灾及重车过桥等；（4）需要使用特殊仪器或需作特别详细记录的检查，拟评定结构实际状况时，如桥梁技术状况为四、五类者；（5）新建工程中出现质量问题时，或特别重要的桥梁在正常使用期间可周期性进行荷载试验。下列情况下需进行特殊检查： 大跨径梁式桥的病害原因与对策

15、 目前我国的大跨梁式桥，存在一些较常出现的病害。概括起来，有两大类。即：一、跨中下挠；二、梁体开裂。据统计，跨径80100m以下的梁桥，病害较少；跨径100160m的梁桥，病害较多；跨径160m以上的梁桥，病害就更多。概 述一、梁体下挠问题一、梁体下挠 是一个较普遍的现象。主因是由混凝土徐变引起,尤其是大跨径梁式桥。跨中下挠往往与梁体跨中段横向裂缝或大量斜裂缝伴随出现，其下挠可达到相当大的数值，造成严重病害。 黄石长江公路大桥跨中下挠，最大已达到33.5cm，当然同时出现大量的主拉应力斜裂缝与跨中区段横向裂缝。根据已发表的资料，虎门大桥辅航道桥跨中下挠，2002年已达到22cm，与此同时跨中存

16、在一些横向裂缝，及主拉应力斜裂缝。此下挠值已远远超过原设计预留值10cm。最近由于横向裂缝朝腹板发展，下挠值又增大到26cm。一、梁体下挠（一）轻型化导致混凝土徐变显著增大由于大跨径梁桥的恒载内力占总内力的80%、甚至90%以上。为减小恒载内力，上世纪90年代过分强调结构的轻型化。 跨中下挠的原因分析如下：一、梁体下挠板件减薄直接后果: 1.由徐变理论可知：箱梁的板件越薄，理论厚度就小，就有较大的徐变系数。 2.板件薄，混凝土的应力就高，而徐变变形又与应力成正比。一、梁体下挠（二）内支点负弯矩预应力筋配置不足设计时仅按上缘混凝土不出现拉应力控制负弯矩预应力筋数量，未充分考虑负弯矩预应力对控制徐

17、变下挠的有利作用。一、梁体下挠一、梁体下挠 徐变下挠大 徐变下挠小 只有轴向徐变 徐变上拱沿截面高度的压应力分布：（三）片面强调缩短施工周期 施工单位往往希望缩短施工周期，设计图纸上往往仅标明混凝土强度达到设计强度的8090后，即可张拉预应力，而没有对混凝土的加载龄期提出要求。一、梁体下挠 早期混凝土弹性模量的增长明显滞后于强度的增长，添加早强剂后，混凝土虽很快达到规定强度要求，但其弹性模量往往仅达到设计值的70%甚至更小。一、梁体下挠 早期加载，使混凝土徐变增大。由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中的混凝土徐变系数终极值可见，3天加载与7天加载比较，徐变系数终极值增加15%20%。过

18、早加载不仅会使预应力的徐变损失加大，而且使徐变挠度增大。 徐变导致的预应力损失是随时间而逐步完成的，因此梁桥的部分下挠是预应力损失产生的恒载挠度。一、梁体下挠（四）部分活载也会产生徐变挠度 徐变挠度计算只针对恒载。但在繁忙交通的路段上，桥上车流日夜不断，部分活载也实际成了“恒载”，也会产生徐变挠度，导致下挠增大。其中尤其是在城市道路上的桥梁。一、梁体下挠（五）施工质量上也存在一些缺陷 有的工地上，对进行预应力损失试验重视不够，没认真去做。有试验表明，预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的预应力损失，比设计采用值大很多，甚至差几倍。这样就会导致有效预应力不足，下挠增大。一、梁体下挠 梁体在下挠的同时开

19、裂，不论是斜裂缝或横向裂缝，都会导致梁的刚度降低，会使挠度加大，尤其有较严重的斜裂缝和横向裂缝时。一、梁体下挠（六）梁体开裂，挠度加大 跨中下挠的预防对策： （一）足够的正截面和斜截面强度 鉴于跨中下挠往往与横向裂缝与斜裂缝一起发生，相互促进恶化，因此保证梁有足够的正截面强度和斜截面强度是首要的。计算中要充分考虑徐变的不利影响。一、梁体下挠（二）控制负弯矩区域截面的应力梯度一、梁体下挠 在梁根部区段，可使悬臂节段的自重应力完全由预应力抵消。内支点底板厚度宜为跨径的1/140左右。 上缘增大压应力（加预应力） 下缘减小压应力（增加底板厚度） 如果梁的正截面和斜截面强度得到保证，而且截面应力梯度小

20、，不会同时出现下挠与开裂。在这样的前提下，只需设较小的预拱度，以抵消预应力徐变损失以及由合拢后混凝土徐变引起的徐变挠度。一、梁体下挠（三）连续刚构桥最终合拢主跨前，在两悬臂端施加水平力对顶，然后合拢。不仅有利于减小跨中控制内力，也有利于减小跨中下挠。一、梁体下挠一、梁体下挠三跨连续梁徐变导致内力重分布，负弯矩减小，正弯矩增大。（四）要适当增加底板合拢束，并预留体外备用钢束，防止徐变下挠后底板出现横向裂缝。 （五）加强施工质量管理 混凝土加载龄期至少应在7天以上，强度至少在90以上。另外采用真空压浆，浆体必须满足泌水性的要求，重视并及早进行工地的预应力损失试验等。一、梁体下挠（六）跨中区段结构轻

21、型化一、梁体下挠斯托尔马桥(L=301m)，跨中182m为C60轻质陶粒混凝土 一、梁体下挠重庆石板坡长江大桥跨中108m长为钢梁一、梁体下挠二、梁体开裂问题二、梁体开裂 包括梁体出现斜裂缝、横向裂缝、纵向裂缝、混凝土劈裂、横隔板裂缝以及齿板裂缝等。 下面只讨论前三种裂缝。二、梁体开裂斜裂缝 （一）主拉应力斜裂缝 是出现最多的梁体裂缝。往往首先发生在剪应力大而截面抗剪能力不足的支座L/4区域，与梁轴线呈2550开裂，并随时间的推移，不断向受压区发展。裂缝数也会增加，裂缝区向跨中方向发展。 斜裂缝的另一个特征是箱内腹板斜裂缝要比箱外腹板斜裂缝严重。这已为一些大跨径梁桥的检查结果所证实。 二、梁体

22、开裂斜裂缝斜裂缝的宽度如在0.2mm以下，而且其长度、宽度和数量已趋稳定，不再发展，则不需加固，但要注意观察，要封闭。 实际上大跨径梁桥上往往存在宽度较大、且不断发展的严重斜裂缝，已反映出梁的斜截面强度不足。在设计中，对于梁的主拉应力都进行验算并通过。但在实践中，这类裂缝还是大量出现，为什么？！二、梁体开裂斜裂缝出现斜裂缝的原因如下：1、取消弯起束 从上世纪90年代，在箱梁桥的设计中，较普遍地取消弯起束，而用纵向预应力和竖向预应力来克服主拉应力。这样做方便施工，可以减薄腹板的厚度。 但竖向预应力筋长度短，预应力损失大，有效预应力不易得到保证，教训是斜裂缝大量出现。 二、梁体开裂斜裂缝 目前已认

23、识到取消弯起束是不妥当的！于是重新回到设弯起束的正确轨道上来，但为此已付出了代价。二、梁体开裂斜裂缝2、作为平面问题分析，主拉应力偏小设计中通常仅从纵向和竖向二维来分析主拉应力，即：但很不够，没有考虑横向的影响。二、梁体开裂斜裂缝不考虑横向应力的影响，必然使计算的主拉应力值偏小。正如苏通大桥副桥连续刚构设计一文所说，“经计算分析，箱梁的横向荷载对腹板产生的效应很大。考虑此项效应的主拉应力将远超出规范允许值。”二、梁体开裂斜裂缝日照温差导致箱梁内部全截面受拉产生水平拉应力二、梁体开裂斜裂缝跨中张拉后期索导致腹板受拉、底板受弯二、梁体开裂斜裂缝此外，由于采用箱形截面，扭转、翘曲、畸变也会使腹板中的

24、剪应力加大，从而增大主拉应力。因此，应该按三维进行分析。过去大跨径梁桥出现较多斜裂缝，重要原因之一是与设计上对主拉应力估计不足有关。二、梁体开裂斜裂缝3、腹板偏薄，配置普通钢筋偏少。4、竖向预应力施工操作不规范，误差大，有效预应力严重不足，特别是采用精扎螺纹钢，有的竖向预应力筋甚至松动，根本没有张拉力。二、梁体开裂斜裂缝预防对策：1、保证有足够的斜截面强度。2、采用三维分析箱梁的主拉应力，不要漏项。3、必须配置弯起束，同时也应配置竖向预应力束。必须充分考虑预应力损失。对竖向预应力束，应采用二次或多次张拉，确保其有效预应力。二、梁体开裂斜裂缝 新型二次张拉低回缩预应力钢绞线锚固体系用于竖向预应力

25、，其性能远优于精轧螺纹钢。 4.适当增加腹板特别是根部区段腹板的厚度及其普通钢筋含量，加密箍筋，即便开裂也可将裂缝控制在较小的范围内。 二、梁体开裂斜裂缝二、梁体开裂纵向裂缝（二）、纵向裂缝 纵向裂缝是与桥轴方向平行的裂缝，较多地出现在顶底板，也是出现很多的一种裂缝。除因未设横向预应力而在顶板下缘出现规范允许宽度的纵向裂缝外，还存在下列原因：二、梁体开裂纵向裂缝1、超载在大跨径桥梁中，超载特别是超重车轴荷载的作用，对横向的影响比纵向更大，这是因为纵向弯矩中，自重占绝大部分；而横向弯矩，主要由活载引起，轴重超过规范时，易出现顶板下缘的纵向裂缝。二、梁体开裂纵向裂缝2、温差应力估计过小 我国过去的

26、桥梁设计规范中，对温差应力，仅规定了翼缘与梁体的其他部位有5的温差。这样的温差偏小，与实际情况严重不符！根据国内外的研究，对于箱梁，温差应力可以接近甚至超过活载的应力。英国、新西兰规范规定的温度梯度，比我国大很多。这也是出现纵向裂缝的原因之一。二、梁体开裂纵向裂缝现行公路桥涵通用设计规范中已规定了比过去大得多的温度梯度。这个问题可望得到解决。二、梁体开裂纵向裂缝3、收缩引起的裂缝双壁墩身建成后相当长时间，才建墩上梁的0号块。由于墩身横向收缩已大部分完成，而0号块横向收缩受到墩身约束，导致底板中部出现纵向裂缝。 在0号块建成后相当长时间，再建1号块，也会因收缩差而出现纵向裂缝。 因此，节段浇筑时

27、间间隔不要过长，截面配筋要考虑收缩影响。二、梁体开裂纵向裂缝4、支座反力的影响大跨径连续梁，支座反力很大，反力由腹板传至墩顶。空间分析可以发现，此处箱梁的横向拉应力特别大，应根据施工阶段反力的大小，分级施加横向预应力。如不采取此措施，顶板上缘肯定出现纵向裂缝。 支座反力横向拉应力很大二、梁体开裂纵向裂缝5、支座形式墩上正确的横向支座布置，应该是一个固定，一个滑动，才可避免因温度、收缩或活载作用时出现纵向裂缝。但有的设计，很注意纵向支座的固定或滑动类型，这是正确的；但不注意横向，往往把横向两个支座都布置成固定的，在荷载、温度、收缩的作用下很容易导致开裂。二、梁体开裂纵向裂缝由于顶板较薄，又要布置

28、纵、横向预应力束和普通钢筋，预应力筋的位置较难精确控制，一旦偏差较大，易在顶板下缘出现纵向裂缝。 顶板薄导致活载作用下混凝土应力变幅过大，容易出现疲劳裂缝。6、顶板较薄二、梁体开裂纵向裂缝7、在箱梁腹板内外侧均有可能存在横向拉应力，当配筋不足时会在腹板发生纵向裂缝。二、梁体开裂纵向裂缝8、变截面箱梁的底板由于施加预应力而产生径向力，当底板横向配筋不足，会在底板横向跨中下缘及横向两侧底板加腋开始的上缘，出现纵向裂缝。产生水平拉应力跨中区张拉后期索易出现水平裂缝二、梁体开裂纵向裂缝二、梁体开裂纵向裂缝9、水化热导致开裂这种现象往往出现在悬浇施工底板较厚的梁根部，尤其在天气较冷时，拆模后即发现底板下

29、缘存在纵向裂缝。二、梁体开裂横向裂缝出现横向裂缝的原因及预防对策，已在分析梁体下挠中讨论过，这里总结如下：二、梁体开裂横向裂缝（三）横向裂缝在大跨径梁桥的设计中，通常采用全预应力设计。无论是全预应力或部分预应力A类构件，都不应该出现横向裂缝。出现横向裂缝，反映了正截面强度的不足。二、梁体开裂横向裂缝1、有效预应力不足过早加载，预应力徐变损失大。沿管道预应力损失偏大。底板预应力筋因管道压浆不饱满和浆体离析而锈蚀。2、对剪力滞影响考虑不够，腹板区域上下缘纵向拉应力远大于平均应力。3、梁体下挠过大以及斜裂缝过宽过多的影响，也促使横向裂缝出现。主要原因对策已在第一部分阐述 二、梁体开裂横向裂缝 混凝土薄壁箱形截面具有结构自重较轻、抗弯抗扭刚度大等较好的空间整体受力性能，故在现代桥梁结构中得到广泛