既有桥梁的检测与评估.doc

西南交通大学
硕士学位论文
既有桥梁的检测与评估
姓名：余华丽
申请学位级别：硕士
专业：桥梁与隧道工程
指导教师：蒲黔辉
20100401

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摘 要

1日桥的原设计标准偏低、结构构件老化、各种材料强度降低，早已是世界 各国普遍关注的问题。如何检测评定在役桥梁的承载能力和安全度，正确评估 结构物的损伤程度，合理地对桥梁进行加固维修，提高桥梁的可靠性已经引起 全世界的关注。本文展开了以下几个方面的工作：
(1)介绍了既有桥梁的国内外现状及评估加固的研究情况，指出了既有桥梁 检测评估与加固的目的与意义，并总结了检测加固理论，对未来的桥梁检测评 定与技术加固提出了展望。
(2)具体分析了既有桥梁的主要病害机理与特点，针对病害提出了具体检测 方法，并对桥梁的动、静载试验的理论及实际应用进行了探讨，建立并积累了 各项技术资料。
(3)详细阐述了桥梁结构常用评估方法的基本思路及特点，判断结构的安全 承载能否力和使用条件评价，为进行桥梁的修复加固提供可靠依据。
(4)对桥梁加固技术的方法与应用进行分析与对比，在对桥梁结构病害检测 分析和鉴定评估的基础上，根据技术经济条件和使用要求，有针对性地提出恰 当的方案。
(5)以南河大桥为例，对该桥进行全面检测与病害分析，根据现场检测与荷 载试验结果进行技术状况等级评定，并提出了维修加固建议，可为其他桥梁的 检测评定与加固提供借鉴。

关键词： 检测；荷载试验；评估；加固

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Ab stract

It is a world—wide issue that previous design criteria and standards for existing bridges are lower with a time increase．At the same time，structural aging and the decline of structural materials have attracted more attentions．The major
concern of bridge assessment includes how to rate load—carrying capacity and safety of existing bridges，how to correctly assess the structural damage，how to rationally strengthen and maintain bridges，and how to improve the reliability of existing bridges．This thesis attempts to present five aspects as follows：
(1) Introduce the research development for bridge assessment and strengthening in China and other countries all over the world．The theory of assessment and strengthening are concluded based on the introduction，and the future of research for bridge assessment and strengthening is present．
(2)Detailed analyze the main disease mechanism and the characteristic of existing bridges，and propose a concrete inspection method．A discussion is presented based on the theories of dynamic and static load tests and their applications．Various technical database and materials are collected．
(3)Elaborate the regular methods and their applications in bridge assessment． The load-carrying capacity and service condition of existing bridges are evaluated to provide reliable suggestions for bridge maintain and strengthening．
(4)A comparison is made between the methods and their applications of bridge strengthening．After the assessment of damage of bridge inspection，a proper strategy is proposed accordingly based on the technical condition and service
requirement．
(5)By taking Nanhe Bridge as an example，a comprehensive inspection and damage analysis are conducted．The bridge condition rating is given based on the field inspection and load tests．Then the strategies of maintenance and
strengthening are proposed for this bridge，which can be taken as valuable
suggestions for similar types of bridge．
Key words：Detection；load test；assessment；strengthening．

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日期：≯／口枷房yB 。B锝：7≯0t9f秽．‘泛v’V n

西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明

本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 对国内外既有桥梁研究现状进行了简要介绍和对比，针对既有桥梁的检测、
评估与加固三个方面作了具体理论研究和分析，并以已建桥梁南河桥为例，将
理论研究应用于实际。
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本
人承担。

学位论文作者签名：／气游q
日期：∥午6一≯谴

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第1章 绪论

1．1既有桥梁的现状

1．1．1国内既有桥梁的现状
近年来，我国桥梁工程建设取得了举世瞩目的进步，然而随着交通事业的 发展和在役桥梁使用年限的增加，桥梁结构病害问题日益突出。一方面，公路 交通量急速增长，大型重载的运输工具越来越多，需要高标准的桥梁；另一方 面，既有桥梁因老化、破损及原设计标准偏低，难以适应公路运输的发展。另 外，在大型水电站、矿山建设中，需通行运输超大型构件的大吨位车辆，即使 今年修建的桥梁也无法满足运行要求。
据全国公路普查资料【l】，截止2004年底，我国公路共有桥梁32 161 2座，
总长1 337641 5延米，互通式立交桥2338座，总长444980延米。其中57．9％ 为中小跨径桥梁，而这中间55．2％分布在技术标准低、通行能力差的县乡级公 路上，设计荷载偏低。由于交通量与日俱增，车辆载重不断提升加之缺乏维修， 多处于带病负荷工作状态。据查，公路共有危桥1 3303座，总长468887延米， 其中62．7％分布在县乡级公路上。此外，尚有1923座总长49005延米的半永 久性桥梁和1 764座30722延米的临时性桥梁需要改造。
在铁路桥梁方面，从l 881年唐胥铁路建成至今，中国共修建了4万余座 各种铁路大小桥梁，其中1 984～1 995年的1 0年里就修建了6259座。早期桥梁 及20世纪80年代后修建的大跨度、新结构桥梁在行车动力性能、耐久性、安 全性、养护维修及老龄化等方面问题也日益突出。据1994年对我国铁路桥梁 检查情况的统计，我国运营国有铁路有病害桥61 37座，占桥梁总数的1 8．8％， 其中钢筋混凝土桥梁为2675座。
1．1．2国外既有桥梁的现状
美国20世纪80年代初的调查结果显示【2】，全国共有566000座公路桥梁。在 调查报告中叙述了5 1 4000座桥梁，其中40％以上桥梁都有不同程度的破坏， 98000座桥梁结构强度降低，只能停止或限载通行，1 02000座桥梁行车道太窄，
桥下净空不够或承载力不足。由于桥梁陈旧老化、失修，塌桥事故不断发生。 原联邦德国曾于70年代末对一个州的l 500座钢筋混凝土和预应力混凝土
公路桥梁做了全面检查。结果发现【2】，钢筋混凝土桥：桥龄在50～60年的，有 27％的桥梁至少有一处严重损伤，64％至少有一处重要损伤，77％至少有一处 中等损伤；桥龄在30—35年的，有1 3％的桥梁上部结构至少有一处严重损伤，

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37％至少有～处重要损伤，53％至少有一处中等损伤；桥龄在20～30年的，有8％ 的上部结构至少有一处严重损伤，24％至少有一处重要损伤，46％至少有一处 中等程度损伤。预应力混凝土桥的损伤情况比钢筋混凝土桥更严重，20～30年 桥龄的预应力混凝土桥，有将近50％的桥梁上部构造至少有一处重要损伤，其 中2／3至少有一处中等损伤。
日本在70～80年代【21，汽车运输急剧发展，汽车日益大型化、重型化，交 通量逐年增加，给现有公路桥梁造成了越来越大的压力。1956年以前按旧标准 设计施工的桥梁，承载力显然不足。据统计这类桥梁约有5500座，其中普通混 凝土桥约4500座。
在前南斯拉夫，大约有1 9％的桥梁运营状况不佳。在印度，大约10％的公
路桥梁需要替换，另有1 0％的桥梁有损伤迹象【3】。 旧桥、危桥的加固、维修，以及如何评价现有桥梁的承载能力和安全度，
正确地评估结构物的损伤程度，合理地对桥梁进行加固维修，提高桥梁的可靠 性，已经引起世界的关注。，

1．2既有桥梁检测评估的研究现状

1．2．1国内既有桥梁检测评估研究现状

20世纪80年代中期国内开始研究桥梁评估管理系统，由四川公路研究所、 广东省公路研究所、交通部公路研究所等单位在利用国外已开发的桥梁评估系 统的经验基础上，根据我国的国情，先后开发了四川省桥梁数据库系统、广东 省桥梁管理系统、北京市桥梁管理系统等【4】。交通部在90年代对公路桥梁承 载能力开展了一定的研究工作，主要侧重于桥梁检测与加固技术的研究，通过 理论分析来挖掘既有桥梁的承载潜力。在1988年、l 993年分别颁发了《公路 旧桥承载力鉴定方法(试行)》和《桥梁可靠性鉴定规程》，使桥梁评估工作逐 步走上了正轨。
许多专家学者纷纷提出了各种评估检测办法。王永平等【5】提出用损伤来度 量桥梁结构或构件的损伤程度，使用模糊数学原理，建立了桥梁使用性能的模 糊综合评价体系和桥梁评价的专家系统，系统知识库通过对众多专家的咨询和 对专家经验的分析整理获得，具有一定的机器学习功能。刘沐宇等【6J根据层次 分析法的基本思想，建立了完整的大跨度钢管混凝土拱桥安全性评价模型及指 标体系，引入模糊理论建立大跨度钢管混凝土拱桥安全性模糊综合评价方法。 陆亚兴等【71根据桥梁结构的特点及缺损特征，指出了桥梁构件缺损状况的监测 内容及构件的五级评定标准，将桥梁缺损状况指数BCI(Bridge Condition Index)

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作为桥梁缺损状况评价指标，建立其计算模型，通过主客观相结合的方法标定 了模型的各项参数，并探讨了BCI与桥梁养护维修对策之间的对应关系。潘黎 明【8】采用层次分析法、模糊数学理论和人工神经网络方法对斜拉桥的安全性、 耐久性评价进行了深入研究，开发了大型桥梁安全性和耐久性评价的神经网路 专家系统，其综合评价结果为桥梁总体状态对应优、良、中、差、劣五个等级
的模糊隶属度向量。

1．2．2国外既有桥梁检测评估研究现状

20世纪80年代，美国联邦公路研究组织【9】主持开展了关于“既有桥梁的 承载力评定"的研究课题，1 988年开发了世界上第一个桥梁管理系统“国家 桥梁档案数据库”。1994年J．de Brito等【10】针对混凝土桥梁开发了桥梁管理专 家系统。系统功能分为两大模块：检测模块和桥梁管理策略优化模块。H．G Melhem和Senaka Aturaliya[1 U采用专家系统工具C．LIPS(C Language Intergrated Production System)建立了桥梁总体评价程序，提出了采用模糊加权向量方法， 得到相应各评价子集的模糊加权向量，提高了最终评价结果的稳定性，支持检 测评价结果的分散性，克服了对部分监测可能不精确检测结果的敏感性。系统
对桥梁结构的最终评价值分为1～9级，并按照各级指标的权重及评价结果进行 检测和维修策略的制订。1996年，Hitoshi、Furuta[12】等采用遗传算法(Genetic Algorithms)与神经网络(Neural Networks)相结合的方法开发了桥梁损伤模 糊评价专家系统。
英国自l 960年发生了一起桥梁在使用过程中垮塌的严重事件后，国家开 始投入大量人力物力对旧桥能否满足现代交通承载要求的问题进行研究。1 967 年正式提出了桥梁防护规则，l 978年将该规则加入了BS5400。1 984年提出了 专用的桥梁评估规范，给出了评定桥梁承载力的一般原则。对于旧桥或已有损 伤的桥梁，英国主要采用荷载试验的方法确定其承载能力【1引。
1 994年德国的Natke[14]对已建结构损伤检测及可靠性评价作了深入研究； 前苏联对已建结构的可靠性也进行了大量研究，并对荷载、抗力分布的确定都 提出了明确的原则；加拿大的桥梁评定是以结构各部分性能、状况为主要内容
进行量级评价，排出优劣次序：日本Kusida M，Miyamoto A等【15】认为桥梁管 理系统应该具有桥梁状态评估功能，并利用机器学习建立了混凝土桥梁等级评 估专家系统(BREX)，其目标就是评估桥梁结构在诸多因素下的状态功能，如 承载能力、耐久性能等。

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1．3既有桥梁检测检测与评估的目的及意义

通过对既有桥梁实际承载能力的检测评定，为既有桥梁使用的安全可靠及 维修加固提供必要的依据和积累必要的技术资料，建立桥梁数据库检验桥梁结 构的质量，确定工程的可靠度，推动和发展既有桥梁评定及新结构的设计计算 理论。桥梁检测评估与加固的目的和意义如下【l 6】：
(1)桥梁由于营运使用多年，主要部位出现缺陷，如裂缝、错位、沉降 等，通过检查确定桥梁各部位损坏的程度及实际承载能力。
(2)原来按旧标准规定的荷载等级设计的桥梁，由于交通量的不断增加、 车辆载重的不断加大，对桥梁通过能力和承载能力的要求也越高，通过检测评 价，可确定原有桥梁的荷载等级，从而决定是否需要通过加固来极高其荷载等 级。
(3)随着我国现代化工业建设的发展，特大型工业设备、集装箱运输逐 渐频繁，超重车辆过桥的情况时有发生，通过检测评估可确定超重车辆是否能 安全通过，并为临时加固提供技术资料。
(4)桥梁遭受特大灾害时，如发生泥石流、地震、洪水等而受到严重损 坏，或在建造、使用过程中发生严重缺陷等(如质量事故、过度变形和意外撞 击等)，通过检测评估可及时反映其承载能力。
(5)若既有桥梁资料不全，通过检查，可重新建立和积累技术资料，为 加强科学管理和提高桥梁技术水平提供必要条件。
(6)系统地收集桥梁技术数据，建立桥梁数据库，应用计算机管理系统 更好的维护管理桥梁，指导桥梁养护、加固与维修。
(7)对于一些重要的大桥或特大桥，在建成之后，通过检测评估，可评
定其设计与施工质量，确定工程可靠度。 (8)对采用新型结构的桥梁，通过检测评估，可验证理论的实践性和可
靠性，并能进一步发现问题总结经验，以便对结构设计理论和结构形式加以改
进，使其日臻完善。 (9)对经过维修加固的桥梁进行竣工检测，可检验维修加固的质量，并
验证加固方法的合理性和可靠性。
(1 0)了解桥梁实际受力状态，判断结构的安全承载能力和使用条件评价， 为进行桥来那个的维修加固提供可靠依据。
1．4本文的主要内容

本文主要研究既有桥梁的检测评估与加固问题，以绵阳南河桥为例，通过

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对既有桥梁的承载力及可靠性方面进行检测评估，并提出合理的维修加固方法。
本文的主要工作有：
1、进行现场检测，考虑混凝土碳化、混凝土强度、桥梁线型等因素对桥 梁结构承载力的影响。采用合理的检测方法，并分析桥梁结构损伤的严重程度 对其实际工作状态的影响。
2、既有桥梁的评估，评价结构的实际承载能力及使用条件，为维修加固
提供技术依据。
3、桥梁的维修加固，对桥梁病害的处理与结构改造。

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第2章 既有桥梁的检测

2．1既有桥梁的主要病害机理分析

GB／T50283—1999《公路工程结构可靠度设计统一标准》【l 7】规定公路工程 结构必须满足下列功能要求：
(1)在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用。 (2)在正常使用时，具有良好的工作性能。 (3)在正常维护下，具有足够的耐久性能。 (4)在预计的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的整体稳定性。
凡由于人为的(勘察、设计、施工、使用等)或自然的(地质、风雨、冰 冻等)原因，使桥梁结构出项不符合上述规范和标准要求的一些问题和现象， 统称桥梁结构的病害。按照不同的严重程度可分为四类：
1、完好或基本完好：桥梁结构基本满足上述要求，与建造时比基本没有 可观测到的病害。
2、轻微损伤的病害：这类病害并不影响结构的承载力、刚度、完整性及 其使用功能，但要消除由于它们造成的损伤则需要额外的费用，有时还要在使 用过程中对结构作系统的观察。如勾缝脱落、混凝土轻微剥落等。
3、一般性损伤的病害：这类病害虽不一定影响结构应有的承载力，但却 使它们的使用性能下降维护费用增大，影响美观。如钢筋混凝土梁挠度过大、 出现肉眼可见裂缝、基础发生整体沉降等。
4、严重性损伤或破坏性损伤的病害：这类病害表现为材料强度不足，构 件残缺有伤，构件截面尺寸不足，连接构造质量低劣及使用环境恶劣，如超载、 撞击等。这类病害如不及时消除，可能迅速导致局部结构甚至整体结构的破坏， 而修复此类病害则需耗费巨额资金，有些甚至无法修复，需要推倒重建。
除第一类外，其余三类病害可能是显露的，如混凝土漏振拆模后发现大面 积空洞；也可能是隐蔽的，如埋设在混凝土中的钢筋位置有错。隐蔽的病害尤 其危险，因为它们有着良好外表的假象，不易被察觉，一旦这类病害导致结构 发生破坏就会带来严重后果。下面本文就桥梁结构中的主要病害进行分析。
2．1．1混凝土碳化

2．1．1．1混凝土碳化机理 混凝土的碳化是指混凝土中的氢氧化钙(Ca(OH)2)与渗透进混凝土中的
二氧化碳(C02)或其他酸性气体(如S02、H2S等)发生化学反应的过程。

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反应方程式如下：
Ca(OH)2+C02=CaC03+H20

XCaO。YSi02。ZH20+nC02=XCaCOa+YSi02‘nH20+H20
碳化的实质是混凝土的中性化。碳化使混凝土的PH值降低，一旦碳化到 钢筋表面且PH值小于9时，钢筋就会因其表面的钝化膜遭到破坏而产生锈蚀。 一般而言，混凝土的碳化速度取决于C02气体的扩散速度及C02与混凝
土成分的反应速度。
2．1．1．2混凝土碳化深度预测模型 混凝土碳化深度预测模型～直是结构工程领域的热点问题，国内外学者提
出了很多种碳化预测模型，基本可分为两大类： 1、基于扩散理论建立的理论模型。
2、基于碳化试验的经验模型。 实际工程中应用较多的是经验模型，其统一模式为：
D=仅讥 (2—1)
式中：D一混凝土碳化深度； t一混凝土碳化龄期：
旷碳化速度系数。
主要研究成果有：
(1)龚洛书等‘18】【193提出的利用混凝土碳化多系数分成预测长期自然碳化
深度。
在假定周围介质因素和工艺条件不变的情况下，通过大量试验，研究了水 泥用量、水灰比、粉煤灰取代量、水泥品种、集料品种和养护方法等因素对混 凝土碳化的影响，在此基础上提出的混凝土快速标准碳化的多系数方程：
D=强772773仇775776Ji}√f (2—2)
式中：T1l一水泥用量影响系数； 112一水灰比影响系数； T13一粉煤灰取代量影响系数； 114一水泥品种影响系数： T15一集料品种影响系数； T16一养护方法影响系数； k一综合影响系数。
(2)基于混凝土抗压强度的经验模型
中国建筑科学研究院邱小坛等【201通过对大量混凝土碳化观测结果的统计
分析，提出以混凝土抗压强度标准值为主要参数，考虑环境修正、养护条件修

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正和水泥品种修正的碳化计算公式。
：％％％f罢一k=％％％I}一l1．0 4t ( ))
LJ clf。k ／
式中：厶．。一混凝土抗压强度标准值；
％一养护条件修正系数，标准养护28d，取％=1．0；标准养护14d，取％
=1．25；标准养护7d，取％=1．5；标准养护3d，取％=1．75；
％一水泥品种修正系数，普通硅酸盐水泥取％=1；矿渣水泥取％=1．3； 识一环境条件系数，桥梁结构可参照民用建筑室外条件确定。
该式是根据钢筋混凝土结构常用的低强度混凝土实例碳化观测资料的统 计分析经验公式，对于混凝土强度等级≥C60的高强度混凝土是不适用的。
(3)牛荻涛‘211提出的预测混凝土碳化深度的随机模型 从混凝土碳化过程及影响因素可知，导致混凝土碳化深度产生变异的主要
原因来自于混凝土本身的变异性和环境的变异性。根据混凝土碳化影响因素分 析，从碳化理论模型入手，以工程实用为目的，提出以环境条件与混凝土质量 影响为主，并考虑碳化位置、混凝土养护浇筑面、工作应力修正的预测混凝土 碳化深度的多系数随机模式：
DItl=KmcKjK。：KpK sK。Kqt <2—4]
式中：K，一角部修正系数，建议取K，=1．4，非角部取K，-1．0；

Kco：一二氧化碳浓度影响系数：k=√％／o。03； c乙：一环境的二氧化碳浓度，公路桥梁可取Kco：=1．0，城市桥梁可取k
=1．1～1．4：

K。一混凝土浇筑面影响系数，建议取K。=1．2；
K。一工作应力影响系数，混凝土受压时区K=1．0，受拉时取K。=1．2；
K一环境因子随机变量：ge=2．56√r(1一心)朋，T为环境年平均温度
(。C)，RH为环境年平均湿度(％)；

K，一混凝土质量影响系数：K，=—57．—94—0．76；
J J
j强。
如一计算模式随机变量，主要反映碳化模型计算结果与实际测试结果
之间的差异，也包含一些计算模型中未考虑到的随机因素对混凝土碳化的影响。

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2．1．2钢筋锈蚀

2．1．2．1钢筋锈蚀机理 混凝土结构中的钢筋同时满足以下条件时就会产生锈蚀： (1)钢筋表面存在电位差，不同电位的区段之间形成阳极和阴极； (2)阳极区段的钢筋表面处于活化状态，在阳极发生反应，Fe．2e=Fe2+；
(3)存在水分和溶解氧，在阴极发生反应：2H20+02+4e=40H’。 直接暴露于水和氧气环境中不受保护的钢筋会发生锈蚀。锈蚀过程是电化
学锈蚀过程，是由铁与电解质溶液接触形成大量的微锈蚀电池所引起的。由电
解质的不同，主要考虑下列两种情况。 1、混凝土碳化引起的钢筋锈蚀
当有二氧化碳和水气侵入混凝土内部，与混凝土中的碱性物质中和，导致 混凝土的PH值降低，造成全部或部分钢筋表面钝化膜的破坏。由于钢材材质 和表面的非均匀性，在钢筋表面的不同部位总会出现较大的电位差，形成阴极 和阳极。因此，在潮湿环境下，由于氧气和水的参与，钢筋就发生电化学反应：
阳极反应 Fe_÷Fe2++2e
阴极反应 2H20+02+2e。-÷4(OH)’
化合反应Fe2+2(OH)。_÷Fe(OH)2 综合反应4Fe(OH)2+02+2H20--*4Fe(OH)3
随时间推移，一部分氢氧化铁进一步氧化，生成疏松的、易剥落的沉积物 一铁锈(Fe203·Fe304·H20)，并伴有体积膨胀，约为原体积的2～4倍，由此导 致钢筋混凝土结构产生顺筋裂缝和混凝土保护层脱落、钢筋外露，降低了结构 安全度，从而严重影响钢筋混凝土构件的正常使用。
2、氯离子侵入引起的钢筋锈蚀
氯离子是极强的去钝化剂，氯离子进入混凝土到达钢筋表面，并吸附于钝 化膜处时，可降低该处的PH值，破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋锈蚀。氯 离子虽然不构成锈蚀产物，在锈蚀反应中夜不消耗，但锈蚀的中间产物对锈蚀 反应起催化作用，反应式为：
Fe2++2C1’+4H20-÷FeCl2·4H20

FeCl2。4H20_÷Fe(OH)2+2C1’+H++2H20
锈蚀电池作用的结果是在钢筋表面产生锈蚀坑。其存在和发展，加大了钢 筋电位差，使锈蚀加速。此外锈蚀坑相当于一个缺口，在钢筋受拉时引起应力 分布不均，造成应力集中，可导致钢筋的早期断裂，即应力锈蚀。这是化学锈 蚀与应力复合作用的结果，主要与锈蚀介质、钢筋的应力水平和钢筋材质有关，

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钢筋的强度和应力值对应力锈蚀有重要影响。钢筋强度越高，其变形性能越差， 越容易发生应力锈蚀；钢筋应力越高，应力锈蚀的敏感性越大。 2．1．2．2钢筋锈蚀的影响因素
混凝土结构中的钢筋锈蚀受许多因素的影响，其中主要包括： (1)混凝土液相PH值
当PH值大于1 0时，钢筋锈蚀速度很小；当PH值小于4时，钢筋锈蚀速 度急剧增加。
(2)混凝土中氯离子Cl’含量 一般情况，钢筋混凝土中氯盐掺量应小于水泥重量的1％，掺氯盐的混凝
土必须振捣密实，不宜采用蒸气养护。 (3)混凝土的密实度和保护层厚度
混凝土对钢筋的保护作用体现在两方面：一是混凝土的高碱性使钢筋表面 形成钝化膜；二是保护层可阻止外界腐蚀介质、氧气和水的渗入。第二种作用 主要取决于混凝土的密实度和保护层厚度。
(4)粉煤灰等掺合料的数量 国内外研究表明，掺用粉煤灰等掺合料可降低混凝土碱性，提高混凝土密
实度，改变混凝土内部孔隙结构，阻止外界腐蚀介质、氧气和水分的渗入，还 可增强混凝土抵抗散电流对钢筋的腐蚀作用。
(5)环境条件
温度、湿度及干湿交替作用、海水飞溅、海盐渗透等可引起钢筋锈蚀。实 践表明，混凝土在潮湿及腐蚀介质中的使用寿命比在干燥环境及无腐蚀介质下 减少2～3倍。
(6)钢筋应力状态 应力腐蚀可造成应力集中产生裂纹源，进而造成裂纹尖端部位材料的脆化，
引起裂缝发展导致钢筋断裂。 2．1．2．3钢筋锈蚀对结构性能的影响
混凝土中的钢筋锈蚀后，产生体积膨胀，混凝土保护层出现顺筋裂缝，使 钢筋与混凝土的粘结力下降，钢筋截面面积减小，屈服强度降低，抗拉强度和 极限延伸率明显降低，从而降低结构的承载能力和稳定性，危及结构物的安全。
2．1．3裂缝分析
混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展而引起的。引
起裂缝的原因很多，可归纳为两大类： 第一类：由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝(又称受力裂缝)，其裂

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缝的分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝的出现，预示结构承载力可能不足或
存在其他严重问题。 第二类：由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收
缩等因素引起的结构变形受到限制时，在结构内部就会产生自应力，当自应力 达到混凝土抗拉强度极限值时，就会引起混凝土裂缝。裂缝一旦出现，变形得 到释放，自应力也就消失了。
两类裂缝有明显的区别，危害效果也不相同。调查资料表明，在两类裂缝 中以变形引起的裂缝占主导的约占80％，以荷载引起的裂缝占主导的约占20％， 有时两类裂缝融在一起。对裂缝原因的分析是裂缝危害性评定、裂缝修补和加 固的依据。
2．1．3．1结构性裂缝 在混凝土即将开裂的瞬间，钢筋应力远小于使用阶段钢筋应力，因此在使
用阶段钢筋混凝土结构出现裂缝是不可避免的，称为正常裂缝。实践证明，在 正常使用条件下，裂缝宽度小于0．3ram时，钢筋不致生锈。《公路钢筋混凝土 及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)[221规定：钢筋混凝土构件 计算的特征裂缝宽度不应超过下列规定的限值：
I类及II类环境0．2mm ‘
Ⅲ类及Ⅳ类环境0．15mm I类环境一温暖或寒冷地区的大气环境；与无侵蚀性的水或土接触的环境。 II类环境一严寒地区的大气环境；使用除冰盐环境；滨海环境。 ⅡI类环境一海水环境。
Ⅳ类环境一受侵蚀性物质影响的环境。 结构性裂缝除正常裂缝外，主要还包括以下几种： 1、荷载裂缝
(1)受压裂缝：当设计的混凝土抗压强度不够或超载使用时，在承压应 力大的部位，出现局部拉应力导致产生与压力方向平行的多条局部受压裂缝， 甚至导致局部混凝土压碎。
(2)弯曲裂缝：当受拉区拉应力超过混凝土抗拉强度时出现弯曲裂缝。 随荷载的增大，裂缝宽度增大，长度延伸缝数增多，裂缝区域逐渐向两侧发展。
(3)剪切裂缝：发生在剪应力最大的部位。对受弯构件和压弯构件，往 往发生在支座附近，由下部开始，沿着与轴线25。～45。左右的角度开裂。随 着荷载增大，裂缝长度不断增长并向受压区发展，裂缝数量增加且逐渐向跨中 方向扩大。
2、施工裂缝

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在混凝土结构浇注、构件支座、起膜、运输、堆放、拼装及吊装的过程中，
由于各种原因而产生裂缝。主要有以下情况：
(1)混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发，引起混凝土浇筑坍落度
过低，使混凝土出现不规则的网状裂缝。
(2)初期养护不当：在混凝土初期养护时，由于浇水不足或不及时或遇 大风天气施工，混凝土表面急骤干燥，出现塑性收缩状态，会在混凝土表面产 生不规则裂缝，一般深度较浅。
(3)骨料中含土过多，会使混凝土随着干燥而产生不规则网状裂缝，并 使混凝土强度降低。
(4)振捣不密实，出现蜂窝，形成各种荷载裂缝的起点。 3、不均匀沉降引起的裂缝 这类裂缝宽度较大，往往在节点处易产生，常见于双柱或多柱框架式墩台。
框架梁两端发生的裂缝方向相反，下沉柱上的梁柱接头处可能发生水平裂缝。 2．1．3．1非结构性裂缝
1、收缩裂缝
在混凝土凝固过程中，水分由表及里逐步蒸发，截面上温度不等，内外干 缩量不一样，当混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束或其他约束限制时， 即在混凝土中产生拉应力，引起混凝土开裂。
收缩裂缝发生在混凝土面层，裂缝浅而细，宽度多在O．05～0．2mm之间。 大体积混凝土在平面部位收缩裂缝较多，侧面也有所见。板类构件则多沿短边 方向，均匀分布于相邻两钢筋间，方向与钢筋平行。对高度较大的钢筋混凝土 梁，由于腰部水平钢筋间距过大，在腹板产生竖向收缩裂缝，但多集中在构件
中部，中间宽两头细，至梁的上、下缘附近逐渐消失，梁底一般没有裂缝。 2、温度裂缝 钢筋混凝土结构随着温度变化将产生热胀冷缩变形，当受到约束时，在混
凝土内部会产生拉应力，当此拉应力达到混凝土的抗拉强度极限值时，就会引 起混凝土开裂。按结构的温度场不同、温度变形、温度应力不同，温度裂缝可 分为三种类型：
(1)截面均匀温差裂缝
一般桥梁结构为杆件体系长细结构，当温度变化时构件截面受到均匀温差 的作用，可忽略截面两个方向的变形，只考虑沿梁长方向的温度变形，当这种 变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，出现裂缝。
(2)截面上、下温差裂缝
以箱形梁为例，当外界温度骤然变化时，会造成箱内外的温度差，考虑桥

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梁为长细结构，可简化为沿梁的竖向温度梯度来处理，假设梁的截面高度方向 呈线性变化。在这种温差作用下，梁不但有轴向变形，还伴有弯曲变形。梁的 弯曲变形在超静定结构中不但引起结构位移，且因多余约束存在还要产生结构 内部温度应力。当上、下温差变形产生的应力达到混凝土抗拉强度极限值时， 混凝土开裂。
(3)截面内外温差裂缝
大体积混凝土产生大量水化热不易散发，内部温度不断上升，而混凝土表 层散热较快，使截面内部产生非线性温差。另外，预制构件采用蒸气养护时， 由于混凝土升温或降温过快，致使混凝土表面剧烈升温或降温，使截面内部产
生非线性温差。在温差作用下，结构产生弯曲变形，且符合平截面假定，截面 纵向纤维因温差的伸长而受到约束，产生温度自应力，易造成混凝土开裂。
混凝土温度裂缝有以下特点： (1)裂缝发生在板上时多为贯穿裂缝；在梁上时多为表面裂缝。 (2)梁板式结构或长度较大的结构，裂缝多是平行于短边。 (3)大面积结构裂缝多是纵横交错。 (4)裂缝宽度不一，一般在0．5mm以下，且沿结构全长没有多大变化。 3、钢筋锈蚀引起的裂缝 钢筋锈蚀后，其锈蚀产物的体积比原来膨胀了2～4倍，从而对周围混凝土
产生膨胀应力。当膨胀应力大于混凝土抗拉强度时就会产生裂缝。这种裂缝一 般都为沿钢筋长度方向发展的顺筋裂缝。
4、碱一骨料反应裂缝 碱一骨料反应是指水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生反应，生成碱一
硅酸盐凝胶并吸水产生膨胀压力，致使混凝土出现