淺析預應力連續剛構橋病害成因及加固方法

李虹勉

（重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074)

淺析預應力連續剛構橋病害成因及加固方法

李虹勉

（重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074)

由于早期修建連續剛構橋時橋梁結構設計和材料理論不完善以及日益遞增的交通運輸量、養護管理的局限性和近年來惡劣的自然條件，引發了部分橋梁的各種問題和結構性病害，主要表現為“腹板開裂”、“底板開裂”、“頂板開裂”和“跨中下撓”等問題，輕者影響結構耐久性和美觀，嚴重者將限制橋梁的正常使用或導致結構喪失承載能力。本文主要簡單介紹該類橋型病害及原因以及加固方法。

連續剛構；病害；加固

1.引言

國內于上世紀70年代開始大跨徑混凝土連續梁（剛構）橋的建設工作，因其具有結構整體性能好、抗震能力強、抗扭潛力大、橋體簡潔明快、便于懸臂施工、維護方便等優點迅速成為跨徑60m～300m范圍內最具競爭力的橋型，被廣泛運用于公路大型橋梁及市政高架橋梁[1-2]。而我國早期預應力混凝土連續剛構橋在建設時，由于受當時設計和材料理論、施工質量或橋長期處于超限運營狀態等原因，該類橋型普遍在投入服役時間不久就出現長期下撓及開裂現象[3-6]。而合攏段澆筑時，相鄰節段混凝土收縮完成尚在40%下而強度在75%以上，兩側撓度不斷變化，溫差變化也使得合攏段的早齡期混凝土承受著反復的撓曲及拉壓，而合攏段是橋梁中承受活載彎矩較大的部位，容易形成早期裂縫。此外橋梁開通運營以后，隨著外界溫度交替變化、雨雪侵蝕、凍融循環、酸雨腐蝕、正常交通累積、超載車輛通行以及橋梁本身的徐變和松弛，橋梁也會逐漸出現由于老化而加劇下撓、開裂、預應力損失過大等病害。

2.大跨徑連續剛構橋病害原因

目前國內外比較認同的導致大跨徑連續剛構橋長期下撓現象的主要因素可能為：（1）混凝土收縮徐變(包括箱梁斷面構件不同厚度導致的收縮差異影響、交通荷載和溫度變化引起的反復荷載效應、施工接縫的影響、環境溫度與濕度的變化等) 的影響程度及長期性估計不足；（2）對預應力長期損失估計偏低；（3）混凝土的開裂；（4）施工方法(特別是合龍方式)導致的不利的成橋應力狀態；（5）舊規范(JTJ023-85)計算鋼筋混凝土受彎構件的撓度未考慮荷載長期效應影響。大跨預應力混凝土連續剛構橋箱梁開裂的主要原因歸結為（1）預應力的損失，其中豎向預應力對箱梁的主拉應力起控制作用，且豎向預應力很難達到計算值；（2）設計未考慮縱向預應力的豎彎，縱向預應力不能起到預剪力作用。保護層厚度偏薄和預應力束曲率半徑過小是跨中混凝土崩裂的原因之一。預應力損失過大，主梁抗裂性能不滿足要求，混凝土梁出現裂縫，而裂縫的出現會不斷增大預應力的損失，導致跨中不斷下撓，而且跨中下撓導致主梁開裂，這樣形成撓度裂縫惡性循環過程，降低了箱梁的耐久性。這些對結構產生各種病害的影響因素有些不但具有較大隨機不確定性，而且還相互耦合。因此，對大跨徑預應力混凝土連續剛構橋舊、危橋的加固和維修已經引起了全世界的關注。

3.大跨徑連續剛構橋的加固方法

目前，橋梁加固技術主要分為三類[7-16]。一是增加恒載加固法，主要包括粘貼鋼板或碳纖維板法、增大截面法等。增大截面加固法即采用鋼筋混凝土或鋼筋網砂漿層，來增大原混凝土截面面積，使新舊混凝土共同工作，達到提高結構承載能力地目的。本方法使用于鋼筋混凝土或預應力混凝土受彎構件、鋼筋混凝土受壓構件的加固，以提高受彎構件的抗彎承載力、抗剪承載力和剛度。粘貼鋼板加固方法即用粘結劑粘貼鋼板補強、加固的鋼筋混凝土結構構件，能大大提高其原設計承載力和抗破壞能力。這是因為粘貼鋼板后，提高了原結構構件的配筋量，相應就提高了結構構件的抗拉、抗彎、抗剪等方面的力學性能，而這些性能是靠結構膠粘劑的良好粘結性能，把鋼板與混凝土牢固地粘結在一起，形成整體，有效地傳遞應力，共同工作來保證的。本方法使用于鋼筋混凝土受彎、受壓和受拉構件的加固。粘貼碳纖維復合材料即對受拉區采取粘貼具有高抗拉性能的碳纖維布的方式以抵抗受拉區的拉力，從而彌補抗拉性能差的不足。本方法使用于鋼筋混凝土受壓柱，以提高延性、耐久性的加固;亦可用于梁、板的加固。此類方法在提高承載力的同時增加了結構的恒載，多為被動加固法，加固效率較低。二是基本維持恒載加固法，如改變結構體系加固法、體外預應力加固法。體外預應力加固法即體外預應力束通過轉向板轉向以確定鋼束走向形成析架體系而成為超靜定結構，以抵消部分恒載應力，起到卸載作用，降低原結構應力水平，改變原結構內力分布，減少箱梁的跨中彎矩，提高箱梁的正截面抗彎強度、剛度和抗裂性，從而達到較大幅度的提高橋梁的承載能力，且可減少結構的變形，使其裂縫縮小甚至完全閉合。此類加固方法為主動加固方法，理論上加固效果較好，但耐久性、可靠性有待提升。三是減輕恒載加固法，主要包括減輕橋面鋪裝，更換輕質護欄等，為主動加固法，但由于多為減輕附屬結構的重量，加固效果有限。

由以上預應力混凝土連續剛構橋病害及其成因分析可知，大跨徑連續剛構出現病害以后結構受力比較復雜，體外預應力的施加對連續剛構局部影響較大，但不能盲目加太多。因此，一般綜合上述加固方法，即加設體外預應力束又采取粘貼鋼板或碳纖維板，加強加固效果。

4.結論與展望

綜上所述，大跨徑預應力混凝土連續剛構橋的病害影響因素眾多，涉及設計、施工、運營情況、材料等階段，并且其中一些影響因素相互耦合造成橋梁受力復雜，一些因素尚未研究清楚，目前也還沒有能主動加固減輕恒載且永久性的解決跨中下撓、梁段開裂等病害的方法，要解決剛構橋下撓、開裂等問題還需要大量的理論與技術研究。

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1007-6344（2016）07-0026-01