第六章预力系统劣化分析.doc

第六章 橋梁預力系統劣化分析評估方法 鑒於台灣地區逾75%之RC橋梁為預力結構系統，因此在進行RC橋梁的老劣化診斷、評估、補強方法的研發時，實有必要對預力結構系統之劣化診斷診斷科技的發展現況作一探討。 預力混凝土結構可能遭遇的問題可分為材料與結構行為兩方面討論。材料問題：除了主結構施加預力外，其餘的構件與一般RC橋梁並無不同，因此預力混凝土的檢測核心為預力鋼鍵或鋼纜的腐蝕；而力學問題：則必須考量預力鬆弛、預力疲乏。其他如混凝土中性化、氯離子含量、鹼性骨材反應、析晶、酸雨或其他不良化學反應等皆與RC橋梁之檢測診斷方式相同。 由於世界各國地理環境的差異，因而橋梁損傷模式亦不盡相同。本章收集、比較世界各主要先進國家，對於預力橋梁的相關研究及現況調查的結果，找出預力系統共同或不同的損傷模式。進而提出一套適合本土性「預力系統之檢測、劣化分析方法及現況評估」的建議。 主要內容有：6.1世界各國預力橋梁現況及常見的損傷及不常見的問題，提供國內檢測參考。6.2現有預力系統劣化的檢測技術發展現況，引述國外相關案例，以供國內各界參考指正。6.3發展中的檢測方法。6.4 我國橋梁的現況。6.5我國預力橋梁的初步檢測與劣化評估方法的建議。6.6核子密度測含水量簡介。 6.1 世界各國預力橋樑現況 本節討論一些先進國家的預力橋梁現況，及常見的損傷問題，提供國內檢測參考： 6.1.1法國狀況 1996年止，法國跨度超過2m的橋樑有232,000座橋樑，每年約增800~1000座(橋板面積約400,000~500,000m2)。橋齡少於25年的約40%，橋齡少於45年的約90%。國家公路網中有21,549座[1][圖6.1.1-1]： [圖6.1.1-1]橋梁等級條件(Classes of condition of bridge) 其總橋面板面基為7,878,000m2，其中預力橋為3,984座，橋面板面基為3,737,000m2。(約佔半數)。於1994年法國公路當局，執行IQOA(Assessment of the quality of civil engineering structures )計畫，主要目標有：制定橋樑總目錄及現況、定義指標條件[表6.1.1-1]，使能應用於監控未來、獲得維修估算費用使管理更有效。 [表6.1.1-1] 損傷定義指標條件 [圖6.1.1-2]法國公路網劣化指標分類 此計畫每年調查1/3的橋樑，亦即，每隔三年每橋的狀況將被重估。針對預力橋調查評定的結果為，54%橋面板介於2E~3U之間，進一步以3~3U分界，似乎箱型橋(Box girder bridge)的劣化較嚴重[圖6.1.1-2] [圖6.1.1-3]。 [圖6.1.1-3]法國預力橋劣化指標分類 法國發生問題的預力橋，一般是後拉的梁、板和平衡懸臂工法之節塊箱型梁，很多可歸因為使用當時未經證實的新工法。 一般預力混凝土結構的問題可分為：1.材料(預力鋼鍵的腐蝕)，2.結構行為。這必須由設計、建造、維修的觀點考慮。 Ⅰ、預力鋼鍵的腐蝕 1.由設計觀點 早期相信混凝土受壓下無滲水問題，因此鋼鍵未做防水，或防水草率，因而導致的可能劣化原因有： a.錨端無密封墊。 b.預鑄組合未能抑制潛變、收縮應變所生裂縫。 c.套管品質不良(瀝青牛皮紙)(1950年後改為金屬套管)。 d.橋板長向鋼筋過少。 e.老舊橋梁跨度過短，增加接點數就增加水進入機會。 f.1950年~1975年間使用鋼導管減少摩擦，有時產生金屬反應使鋼鍵腐蝕。 g.1950年~1970年使用的鋼鍵易生應力腐蝕，增加脆性破壞的可能。 h.無排水設施，或梁在排水管道下方最易腐蝕。 i.接點的擴張造成滲漏。 j.保護層過小造成鋼筋腐蝕撐裂混凝土使有害物侵入(海邊結構)。 此外老舊橋樑常有沿著鋼鍵方向在梁的翼板及腹板產生裂縫，這些裂縫通常由接近錨栓處開始傳播，雖然由結構觀點這不會升高安全風險，但會增加水的滲透機會，而這些裂縫亦常發現有石灰質的沉積物，這都是提供水進入的管道，若排水設計不良時，則邊梁更易腐蝕。 2.施工觀點 施工缺點而遭致鋼筋腐蝕經常發生，兩個主要因素為：防水太差及套管中填漿不確實1960年以前套管是空的或只填砂子。甚至套管兩端無封膠漆。一般情況老舊橋樑混凝土服務性能相當良好，但可能有某些地方因施工不良而生蜂窩、潛變、收縮應變之裂縫，這通常發生於施工困難或無適當壓密處。使有害物侵入。 3.維修觀點 造成維修失敗的兩個主因，是車道的鋪設沒有調查防水層的條件： a.並未做到排水道的修護使達到需要的條件。 b.未能防止水由被擴展的接頭處滲入樑的兩端，造成鋼鍵腐蝕。此外除冰鹽亦是問題。 預力鋼鍵的腐蝕可分成三類：電化腐蝕、應力腐蝕、氫脆腐蝕。 氫脆腐蝕在法國不曾發現，目前為止也無疲乏破壞的例子。應力腐蝕造成的