預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋病害分析及加固方法研究

歐陽潮12

（1.長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖南長沙 410004；2.株洲市市政工程維護處，湖南株洲 412000）

預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋病害分析及加固方法研究

歐陽潮1，2

（1.長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖南長沙 410004；2.株洲市市政工程維護處，湖南株洲 412000）

株洲響田預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋運營15年后，箱梁內(nèi)外出現(xiàn)較多裂縫、鋼筋銹蝕和臺后填土沉降等病害，已影響橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用和安全。文中根據(jù)該橋的質(zhì)量檢測報告，對其病害成因進行了力學(xué)分析，提出了箱梁頂板采用增厚鋼筋砼、箱室頂板內(nèi)表面粘貼鋼板和碳纖維布及箱梁腹板粘貼鋼板的加固方法，驗算結(jié)果表明加固后橋梁結(jié)構(gòu)各截面拉應(yīng)力和主拉應(yīng)力都不同程度地減小，結(jié)構(gòu)承載力和剛度都得到較大提高。

橋梁；預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋；病害分析；加固設(shè)計

橋梁作為交通工程的咽喉，對確保交通順暢起到關(guān)鍵作用。橋梁在使用過程中，由于外荷載及不確定環(huán)境因素等的影響，結(jié)構(gòu)承載力和耐久性逐漸衰退，影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用。據(jù)統(tǒng)計，中國正在服役的眾多橋梁中，許多出現(xiàn)了各種各樣的病害及承載力不足的情況，滿足不了當今交通高速發(fā)展的需要。如果對不能滿足要求的橋梁全部拆除新建，不合理也沒必要，而在原有橋梁基礎(chǔ)上進行加固的投資比新建減少10%～30%，工期減少一半，而且不影響橋下運輸或通航。如何對現(xiàn)有橋梁進行有效而可靠的加固，是橋梁建設(shè)今后面臨的一個挑戰(zhàn)。該文以株洲響田大橋為工程背景，研究預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋的加固方案，為同類型橋梁加固提供借鑒。

1　工程概況

響田大橋位于湖南株洲市環(huán)線路上，跨越京廣鐵路線，全橋總長250.9m，橋面總寬16m。該橋的主橋為七跨等截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋，采用雙箱雙室截面，支座處設(shè)80cm厚橫梁，橫梁處為單箱三室，縱向預(yù)應(yīng)力筋為直線束，無橫向預(yù)應(yīng)力筋，引橋為一跨預(yù)應(yīng)力T梁。主橋立面和橫截面布置分別見圖1、圖2。主橋跨徑布置為25m+25m+40 m+45m+40m+40m+35m；引橋跨徑布置為1 ×24.8m；橋面寬度：全寬16m，橫向布置為2× 1.5m人行道+12m行車道+2×0.5m防撞護欄；橋面縱坡：小于3%；橋面橫坡：1.0%；荷載等級：公路-Ⅰ級，人群荷載為3.5kN/m。

圖1　響田大橋立面圖（單位：cm）

圖2　響田大橋橫截面示意圖（單位：cm）

2　老橋現(xiàn)狀

2.1主要病害

（1）主梁砼澆筑質(zhì)量較差，箱梁內(nèi)外部均有較多孔洞、空洞、露筋等病害。

（2）箱梁內(nèi)出現(xiàn)較多裂縫，斜裂縫主要出現(xiàn)在支座附近及跨中四分點附近，寬度普遍較大；橫向裂縫主要出現(xiàn)在跨中處，大部分延伸至腹板。

（3）箱室頂板存在順橋向裂縫，部分箱室內(nèi)存在積水。

（4）支座橫隔板和中橫隔板上部開裂嚴重。

（5）兩端橋臺開裂滲水嚴重，出現(xiàn)較大面積的護坡破損。

（6）橋臺位置的支座開裂變形，已失去功能。（7）防撞欄桿鋼筋保護層偏薄，出現(xiàn)較大區(qū)域鋼筋銹脹。

（8）主梁裂縫超限，屬于D級橋梁。

2.2病害產(chǎn)生原因分析

橋梁病害較多，下面主要針對不同位置的裂縫進行成因分析：

（1）主梁跨中底板橫向裂縫的主要成因為在外荷載作用下，底部拉應(yīng)力大于砼能承受的最大拉應(yīng)力。導(dǎo)致這種情況的主要原因為外荷載大于設(shè)計最大荷載、砼收縮徐變作用導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失較大。

（2）主梁支座、四分點附近斜裂縫主要是在外荷載作用下，主拉應(yīng)力大于砼能承受的最大拉應(yīng)力造成的。產(chǎn)生原因為箍筋配置較少及豎向預(yù)應(yīng)力損失。

（3）橫隔板及其附近頂板出現(xiàn)較多裂縫，原因是跨中及梁端橫隔板抗扭剛度偏弱、橫隔板中橫豎向預(yù)應(yīng)力損失較大。

（4）部分裂縫是施工不當形成的干縮裂縫，澆筑的砼沒有按標準養(yǎng)護，因收縮作用導(dǎo)致砼開裂。

（5）護欄、欄桿破損及裂縫是由鋼筋保護層偏薄、鋼筋銹脹所致。

（6）兩橋臺上的裂縫主要是由于臺后填土不均勻沉降引起的。

3　主要維修加固措施

3.1箱梁頂板植筋加固（見圖3）

（1）清除原有橋面鋪裝層，原瀝青砼面層采用人工鑿除，去除橋面澤漿和松散調(diào)平層。人工鑿毛箱梁頂板砼表面，并清理干凈，要求無泥砂、無油污、無積水。

（2）將頂板砼表面鑿毛后，采用φ12鋼筋進行植筋，植筋孔徑為16mm，植筋深度為17cm。無法植筋的位置采用與梁體普通鋼筋綁扎的連接方式。

（3）頂板鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，橋面鋪設(shè)直徑4mm、間距20cm與直徑20mm、間距12.5cm的鋼筋網(wǎng)，放置在植筋上面。要求鋼筋網(wǎng)定位準確，鋼筋保護層厚度不得少于4cm，鋼筋網(wǎng)無局部下沉現(xiàn)象。

（4）嚴格按照標準對砼進行澆筑和養(yǎng)護。

圖3　箱梁頂板植筋加固示意圖（單位：cm）

3.2箱室頂板底面加固

（1）頂板內(nèi)箱室頂面粘貼碳纖維布（見圖4），橫橋向粘貼2層，規(guī)格為（200×2400）mm，間距200 mm；縱橋向粘貼2層，規(guī)格為（200×23500）mm，間距300mm。

圖4　內(nèi)箱室粘貼碳纖維加固示意圖（單位：cm）

（2）粘貼箱室頂板內(nèi)表面鋼板（見圖5），鋼板采用Q345鋼材，鋼板下空隙處均用環(huán)氧砂漿填實；采用M12螺栓，植埋深度為8cm，間距32.5cm。鋼板規(guī)格：豎向鋼板（100×6×1560）mm、間距10 cm，兩側(cè)橫向壓條鋼板（100×3×3100）mm。

圖5　內(nèi)箱室粘貼鋼板加固示意圖（單位：cm）

（3）內(nèi)箱室橫隔板粘貼鋼板。橫橋向貼3塊10 mm厚（150×1300）mm鋼板，縱橋向貼5塊3mm厚（100×1720）mm鋼板；橫隔板兩側(cè)各貼2塊6 mm厚（150×3100）mm鋼板（見圖6）。

圖6　橫隔板加固示意圖（單位：cm）

4　加固結(jié)構(gòu)驗算及效果

結(jié)構(gòu)維修加固后，結(jié)構(gòu)上增加的荷載主要是新加的箱梁頂板7～13cm鋼筋砼疊合層和粘貼鋼板重量，約為2.0kN/m。經(jīng)計算復(fù)核，荷載增量對結(jié)構(gòu)受力影響較小，該橋結(jié)構(gòu)強度、剛度和應(yīng)力均滿足原設(shè)計規(guī)范的要求，不再列出詳細結(jié)果，僅對粘貼鋼板加固后結(jié)構(gòu)斜截面抗剪承載力進行計算。

4.1抗剪加固承載力驗算

由于箱梁腹板主拉應(yīng)力超出規(guī)范限值較小，正應(yīng)力滿足規(guī)范要求及未出現(xiàn)箱梁跨中下?lián)线^大等情況，采用在箱室內(nèi)粘貼6mm鋼板進行斜截面抗剪補強加固。根據(jù)JTG/TJ22-2008《公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范》第5.2.8條及6.2.7條規(guī)定進行計算，計算結(jié)果見表1。由計算結(jié)果可知加固后抗剪承載力滿足規(guī)范要求。

表1　加固后主梁截面抗剪驗算

續(xù)表1

4.2加固后荷載試驗

通過荷載試驗檢驗結(jié)構(gòu)加固效果。靜力荷載試驗共擬定8種試驗工況：工況Ⅰ為第4跨跨中最大正彎矩，正載；工況Ⅱ為第4跨跨中最大正彎矩，偏載；工況Ⅲ為第7跨跨中最大正彎矩，正載；工況Ⅳ為第7跨跨中最大正彎矩，偏載；工況Ⅴ為3#墩頂最大負彎矩，正載；工況Ⅵ為3#墩頂最大負彎矩，偏載；工況Ⅶ為T梁跨中最大正彎矩，正載；工況Ⅷ為T梁跨中最大正彎矩，偏載。各工況下箱梁關(guān)鍵截面的應(yīng)變和撓度測試結(jié)果及與理論計算值的比較見表2和表3。由試驗結(jié)果可知加固后結(jié)構(gòu)承載力滿足規(guī)范要求。

表2　各工況下箱梁各測點撓度和應(yīng)變理論值與實測值對比

表3　各工況下T梁各測點撓度和應(yīng)變理論值與實測值對比

5　結(jié)語

該文采用7～13cm鋼筋砼疊合層對響田預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋箱梁頂板進行加固，在箱室頂板底面粘貼2層碳纖維布進行耐久性補強，對箱室橫隔梁采用粘貼8和10mm鋼板進行加固處理，對箱梁腹板采用在箱室內(nèi)粘貼8mm鋼板進行加固。經(jīng)計算分析，加固增加的荷載對結(jié)構(gòu)受力影響較小，加固后主梁下緣砼拉應(yīng)力不同程度減小，截面主拉應(yīng)力也明顯減小，抗剪能力大幅度提高，粘貼的鋼板使結(jié)構(gòu)剛度得到提高。加固方案的效果明顯，對類似工程具有借鑒和指導(dǎo)作用。

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2016-01-13