空心板梁橋的整體加固設(shè)計(jì)及加固效果評(píng)估

吳有松,戴小冬

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院,湖南長(zhǎng)沙 410008；2.中南公路建設(shè)及養(yǎng)護(hù)技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410008)

空心板梁橋的整體加固設(shè)計(jì)及加固效果評(píng)估

吳有松1，2,戴小冬1，2

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院,湖南長(zhǎng)沙 410008；2.中南公路建設(shè)及養(yǎng)護(hù)技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410008)

采用化學(xué)灌漿和板底補(bǔ)強(qiáng)相結(jié)合的加固技術(shù)對(duì)某高速公路上一座空心板梁橋進(jìn)行了加固設(shè)計(jì),并通過(guò)荷載試驗(yàn)對(duì)加固效果進(jìn)行了評(píng)估。實(shí)踐證明該方法具有對(duì)原橋橋下凈空高度影響很小、可較大幅度提高橋梁整體承載能力性能和抗彎剛度、對(duì)橋上交通影響較小等顯著優(yōu)點(diǎn),為空心板梁橋的整體加固設(shè)計(jì)提供了一種新思路。

空心板橋；加固設(shè)計(jì)；化學(xué)灌漿加固；板底補(bǔ)強(qiáng)加固

0 引言

空心板橋有構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、用材經(jīng)濟(jì)、施工速度快、易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代公路橋梁中。運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,部分空心板橋鉸縫破壞明顯,剪力傳遞效果差,造成行車荷載作用時(shí)的單板受力,影響行車安全及橋涵的使用壽命。如何改善空心板橋的整體受力性能、避免病害的發(fā)生及發(fā)展,是擺在橋梁加固研究工作者面前的重要問(wèn)題。本文以某高速公路上一座空心板橋?yàn)橐劳?對(duì)空心板橋整體加固技術(shù)進(jìn)行了研究和實(shí)踐［3］。

1 工程概況

該橋?yàn)槟掣咚僖蛔骶€橋,于2000年建成通車。橋跨組合為1×13 m,橋梁全長(zhǎng)25 m。橋面凈寬2×12.5 m,總寬28 m。橋梁上部結(jié)構(gòu)為13 m跨徑鋼筋混凝土空心板梁,半幅橋10塊空心板,空心板高度50 cm,中板寬度125 cm,邊板寬度175 cm,見(jiàn)圖1。橋面鋪裝為現(xiàn)澆15 cmC30號(hào)防水混凝土,橋面鋪裝混凝土內(nèi)設(shè)置10 cm間距φ8鋼筋網(wǎng)。

圖1 橋梁立面

通過(guò)對(duì)該橋的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),橋梁存在以下病害：(1)鉸縫滲水嚴(yán)重；(2)空心板底面跨中范圍橫向裂縫較多,部分板底間距15～20 cm就有一條橫向裂縫,部分寬度超過(guò)0.2 mm,裂縫處滲水鈣化結(jié)晶現(xiàn)象嚴(yán)重,見(jiàn)圖2；(3)板底混凝土測(cè)試炭化深度1.3～1.5 cm,空心板耐久性較差。

圖2 板底開(kāi)裂嚴(yán)重

2 病害成因分析及加固設(shè)計(jì)

2.1 病害成因分析

依據(jù)檢測(cè)報(bào)告描述,本橋主要病害為空心板開(kāi)裂、鉸縫滲水及耐久性較差。

該橋?yàn)檠b配式鉸接空心板橋,其鉸縫對(duì)結(jié)構(gòu)受力具有重要的作用,空心板間豎向剪力的傳遞是靠鉸接構(gòu)造來(lái)實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)該剪力的傳遞實(shí)現(xiàn)行車荷載的橫向傳遞及分配。當(dāng)板間連接強(qiáng)度不足以抵抗行車荷載產(chǎn)生的豎向剪力時(shí),板間填縫混凝土?xí)_(kāi)裂,而各板由于側(cè)向豎向剪力而產(chǎn)生的扭矩作用,加劇了板間混凝土的開(kāi)裂,在行車荷載作用下,出現(xiàn)所謂“單板受力”現(xiàn)象,違背了空心板橫向分布設(shè)計(jì)的基本原理［1］。

“單板受力”現(xiàn)象的出現(xiàn),使得某些板受力過(guò)大,當(dāng)板底拉應(yīng)力超過(guò)混凝土極限抗拉強(qiáng)度,在板底將出現(xiàn)橫向的彎曲裂縫,裂縫間距一般較小,裂縫長(zhǎng)度可貫通全板。當(dāng)裂縫貫穿至空心孔內(nèi),伴隨著板頂?shù)膿p壞,將引起空心板裂縫滲水［5］。由此可見(jiàn),本橋病害應(yīng)為鉸縫破壞所引起的空心板橋“單板受力”現(xiàn)象。

2.2 加固設(shè)計(jì)

2.2.1 加固方案選取

對(duì)于空心板橋“單板受力”病害的加固方法,國(guó)內(nèi)學(xué)者與工程界進(jìn)行了頗多的研究,提出了一系列的工藝、方法,包括：橋面補(bǔ)強(qiáng)加固、橫向粘貼鋼板加固、橫向預(yù)應(yīng)力加固、去梁增肋加固、化學(xué)灌漿加固、板底補(bǔ)強(qiáng)加固等［2］,每種加固方案各有利弊。本項(xiàng)目為高速公路主線橋梁,維修加固施工期間不能長(zhǎng)時(shí)間中斷交通,同時(shí)為減少后期養(yǎng)護(hù)對(duì)交通的影響,要充分考慮加固后結(jié)構(gòu)的耐久性,采用化學(xué)灌漿加固和板底補(bǔ)強(qiáng)加固相結(jié)合的設(shè)計(jì)方案。

2.2.2 加固設(shè)計(jì)

加固設(shè)計(jì)方案包括兩部分：(1)空心板縫高壓水清洗,灌注拼梁結(jié)構(gòu)灌縫膠,以加強(qiáng)橫向聯(lián)系；(2)空心板板底掛網(wǎng)噴抹高性能復(fù)合砂漿：在空心板底鉆孔植入Φ6剪切銷釘,銷釘間距為30 cm× 30 cm,然后在空心板底部布置縱向10 cm×橫向5 cm的Φ12鋼筋網(wǎng),最后在空心板底部抹壓厚度為4.0 cm,強(qiáng)度為M70的高性能復(fù)合砂漿,形成橫向加固結(jié)構(gòu)層,見(jiàn)圖3～圖5。

圖3 化學(xué)灌漿加固設(shè)計(jì)圖

圖4 補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)圖(斷面)(單位:cm)

圖5 板底補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)圖(立面)(單位:cm)

3 加固效果驗(yàn)證

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,對(duì)加固后的橋梁結(jié)構(gòu)受力狀況作出評(píng)價(jià)。

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

撓度測(cè)點(diǎn)縱向按照橋跨2分點(diǎn)布置,偏載工況測(cè)線分布在邊板中線位置附近,在跨中布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖6。

圖6 橋梁撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

選擇跨中截面為測(cè)試截面,測(cè)試截面為正彎矩測(cè)試截面,下緣受拉,選擇8塊空心板測(cè)量應(yīng)變,將應(yīng)變計(jì)布置于空心板下緣［6］,截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖7。

圖7 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

撓度測(cè)試見(jiàn)表1,表中數(shù)據(jù)負(fù)值為下沉量。各工況下應(yīng)變測(cè)點(diǎn)結(jié)果及分析見(jiàn)表2,表中正值為受拉,負(fù)為受壓。

表1 偏載撓度測(cè)試分析結(jié)果

3.3 試驗(yàn)結(jié)論

(1)實(shí)測(cè)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.62～0.81之間,滿足《公路橋梁承載能力評(píng)定規(guī)程》對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)定的范圍(不大于1.0),實(shí)測(cè)應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.50～0.78之間,滿足《公路橋梁承載能力評(píng)定規(guī)程》規(guī)定的范圍(不大于1.0),橋梁整體剛度較好,結(jié)構(gòu)受力滿足設(shè)計(jì)要求。

表2 應(yīng)變結(jié)果分析

(2)從卸載后的相對(duì)殘余結(jié)果來(lái)看,最大相對(duì)撓度殘余撓度為0.10,最大相對(duì)殘余應(yīng)變?yōu)?.16,均滿足《公路橋梁承載能力評(píng)定規(guī)程》規(guī)定的最大限值(不大于0.20)要求,說(shuō)明結(jié)構(gòu)處于線彈性工作狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文實(shí)踐了化學(xué)灌漿加固和板底補(bǔ)強(qiáng)加固組合加固技術(shù)在空心板梁橋橫向加固中的應(yīng)用。通過(guò)荷載試驗(yàn)的驗(yàn)證及加固后橋梁整體狀況的觀察,證明該加固技術(shù)是成功可行的,且該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)對(duì)原橋橋下凈空高度影響很小；(2)不要求原結(jié)構(gòu)表面很平整,加固部分可以與原結(jié)構(gòu)共同工作；(3)可較大幅度提高橋梁整體承載能力性能和抗彎剛度；(4)可以顯著改善板底混凝土耐久性；(5)對(duì)橋上交通影響較小,僅需短時(shí)間交通封閉；(6)加固后結(jié)構(gòu)外觀效果好。

［1］ 廣東省公路管理局.廣東省公路橋梁維修加固技術(shù)指南［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］ 劉近龍.空心板橋整體加固技術(shù)研究［D］.陜西西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2012.

［3］ JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程［S］.

［4］ JTG D62- 2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］ 張勁泉，魏洪昌，徐岳，等.公路舊橋加固成套技術(shù)及工程實(shí)例［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［6］ 張樹(shù)仁，王宗林.橋梁病害診斷與加固改造設(shè)計(jì)［M］.北京:人民交通出版社，2006.

U448.213

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1009-7716(2015)09-0095-03

2015-05-18

吳有松( 1983-),男,湖南婁底人,工程師,從事橋梁設(shè)計(jì)工作。