钢管混凝土结构在桥梁施工技术中的应用分析

2022-10-26

随着科技的进步和桥梁建设事业的发展, 各种技术先进的桥梁工程纷纷涌现。钢筋混凝土桥梁具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好、桥型设计较成熟等优点, 是目前桥梁建设技术的重要发展方向。大型桥梁工程的兴建, 对测控手段、测控精度以及数据处理方法等方面提出了更高的要求。经过多年的实践, 我国在钢管混凝土拱桥建设上已经积累了丰富的经验, 形成了一套较为完整的钢管混凝土拱桥建造技术。但是作为对传统桥梁施工技术的一种突破, 钢管混凝土拱桥在具体领域及施工过程中如何规避风险从而安全实现却缺乏系统研究。通过对钢管混凝土拱桥施工技术的研究, 可以使得此类桥梁的施工技术更加先进、安全可靠, 更加容易满足设计能力。

目前, 我国大跨度钢筋混凝土拱桥采用的施工方法主要有体外支架法、缆索吊装法、悬臂拼装法、转体法和劲性骨架法。悬臂浇筑施工拱桥在我国尚无先例, 而国外从上世纪60年代就开始采用该方法施工拱桥, 近年来, 更是修建了多座创本国跨度记录的大跨度钢筋混凝土拱桥, 悬臂浇筑施工拱桥在国外得到了迅速发展。悬臂浇筑施工拱桥非常适用于诸如陡峭的峡谷和湍急的河流等十分险峻的场地条件, 并且具有减少施工费用、缩短工期、易于控制施工变形、结构整体性好以及减小对环境的破坏等优点, 从而提高了拱桥的竞争力, 推动了拱桥的发展。

1 预应力混凝土连续桥梁施工控制技术与应用

预应力混凝土连续梁桥以其施工简便、造价经济、受力合理、行车舒适及悬臂浇筑施工技术和设备的不断成熟, 预应力混凝土连续梁的应用得到了空前的发展。目前, 跨度在40m~150m范围内的桥梁中, 预应力混凝土连续箱梁桥占据了主导地位。连续梁桥跨度越大, 其施工的难度也越大, 对大跨度预应力混凝土连续梁桥进行施工控制, 是确保施工质量和安全的重要环节, 也是确保成桥状态符合设计要求的重要措施。桥梁施工监控的任务就是对桥梁施工过程实施监控, 确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内, 确保成桥线形与成桥结构内力符合设计要求。桥梁的应力、变形、线形控制三者具有同等的重要性, 必须全面控制才能使施工顺利进行, 才能达到设计状态。

2 大跨度斜拉桥施工风险分析

大跨度斜拉桥以其优美的造型和独特的结构性能, 近年来得到了迅速的发展。随着结构的创新和跨径的增大, 各种不确定性显著增加, 大跨度斜拉桥工程建设正面临着前所未有的高风险, 必须予以足够的重视, 否则极易发生工程事故, 危及结构、财产和生命安全。下个面围绕以下几个方面展开研究: (1) 桥梁施工风险分析理论框架研究。阐述了风险的基本概念与风险分析的基本原理, 给出了风险的一般性定义, 提出了风险分析方法的选用原则;在明确给出桥梁施工期结构风险定义的基础上, 构建了桥梁施工风险分析总体理论框架。 (2) 桥梁施工风险识别研究。阐述了桥梁施工风险识别的基本原理和基本过程, 针对桥梁施工风险因素错综复杂的特点以及施工事故统计资料较为匮乏的实际情况, 提出采用定性与定量相结合的层次分析法进行桥梁施工风险识别研究, 该方法简单而实用, 是一种较为理想的风险识别方法。 (3) 桥梁施工风险概率估计研究。阐述了桥梁施工风险概率估计的基本原理;结构极限状态函数呈隐式、高次非线性的特点, 以及传统可靠性分析法求解该问题的局限性。

3 桥梁钢筋混凝土裂缝问题分析

在桥梁建造和使用过程中, 混凝土裂缝经常出现。混凝土的裂缝是由于混凝土内部应力和外部荷载作用, 以及温度变化等因素作用下形成的。一般正常大气条件下, 荷载组合I作用下宽度小于0.2mm的裂缝, 荷载组合Ⅱ, Ⅲ作用下宽度小于0.25mm的裂缝以及处于严重暴露情况下, 宽度小于0.1mm的裂缝都属于正常的工作裂缝。超出以上范围的裂缝属于非正常裂缝, 终究会影响结构物的耐久性。并且有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下, 不断扩展, 不但会影响混凝土表面的美观、减小钢筋的混凝土保护层厚度, 而且易引发混凝土面层剥落, 加速钢筋的锈蚀, 降低混凝土的抗冻性及耐久性, 严重时甚至发生垮塌事故, 所以必须加以控制。混凝土裂缝的成因复杂而繁多, 有时甚至多种因素相互影响。但就一些具体裂缝而言, 总有主导原因。为了便于分析、鉴别工程中发生的裂缝。根据裂缝产生的原因, 常见裂缝可分为荷载引起的裂缝、地基基础变形引起的裂缝、冻胀引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、收缩引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、施工引起的裂缝等七大类。

3.1 钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足, 混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面, 使钢筋周围混凝土碱度降低, 或由于氯化物介入, 钢筋周围氯离子含量较高, 均可引起钢筋表面氧化膜破坏, 钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应, 其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2倍~4倍, 从而对周围混凝土产生膨胀应力, 导致保护层混凝土开裂、剥离, 沿钢筋纵向产生裂缝。

3.2 冻胀引起的裂缝

当大气温度低于零度时, 吸水饱和的混凝土出现冰冻, 游离的水转变成冰, 体积膨胀9%, 因而混凝土产生膨胀应力;同时混凝土凝胶孔中的过冰水 (结冰温度在-78℃以下) 在微观结构中迁移和重分布, 使混凝土中膨胀力加大, 混凝土强度降低, 导致裂缝出现。

4 结语

钢筋混凝土桥梁是应用非常广泛的一种桥梁结构形式。但是大量混凝土桥梁结构的耐久性问题由于越来越突出, 因而日益成为当前土木工程界的研究热点。论文以大气环境下钢筋混凝土桥梁结构耐久性为主线, 在国内外有关研究的基础上, 从材料层次、构件层次和结构层次对其耐久性进行了进一步深入、系统地研究。建立了钢筋混凝土桥梁上部结构耐久性指标评估模型。通过确定耐久性指标权重, 较好地解决了不同桥梁指标损伤程度不同而在评估时采用不同权重的问题, 今后钢筋混凝土桥梁结构的耐久性研究工作提供了参考。

摘要：短短的十几年间, 中国的桥梁建设已迈入世界桥梁建设大国行列。随着桥梁建设的发展, 钢管混凝土结构的质量的好坏成为确保工程质量的一个重要环节。目前我国还没有针对桥梁工程的钢管混凝土结构设计所需的规范或规程可循, 广大桥梁设计人员对钢管混凝土结构的性能认识尚不足, 这大大制约了钢管混凝土结构在我国桥梁工程中的应用和发展。本文将结合工程实例, 对施工中遇到的各方面技术问题提出理论研究。

关键词：钢筋混凝土,桥梁建设,研究