某預應力混凝土連續梁橋承載力評定與加固方案研究

武加恒

【摘 要】橋梁在實際應用過程中不可避免的會產生各種病害，進而降低橋梁的實際承載能力，影響橋梁的適應性。橋梁承載能力評定是橋梁適應性評定的重要內容，是保證橋梁安全的重要評定指標之一。文中詳細地介紹了進行橋梁承載力評定的理論方法與評定過程，并且結合背景實例，進行了承載力評定以及加固方案研究，為以后橋梁提供參考。

【關鍵詞】承載力；評定；加固

中圖分類號： U445.72；U446 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0009-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.003

【Abstract】Bridges will produce a variety of diseases inevitably in the actual application， which reduces the actual carrying capacity of the bridge thereby and affects the adaptability of bridges. Carrying assessment is an important index of the bridge suitability assessment and it ensures the safety of the bridge. The article introduces the theoretical methods and assessment process of the carrying capacity. Besides， it combines the backgrounds of one example， doing researches on the carrying capacity assessment and strengthening research， and which provides reference for the future bridges.

【Key words】Carrying Capacity； Assessment； Strengthening

隨著近年來經濟水平的提高，公路交通事業也得到了很快發展，但目前我國橋梁總體技術狀況不容樂觀。據統計，2010年，國省縣道路危橋18，689座，720，920延米，荷載等級較低（汽-20級以下）的數量眾多。隨著時間的推移，材質的老化以及交通量的變化，高速公路橋梁也依次進入了病害多發時期，尤其在橋梁承載能力等關系到橋梁安全運營方面存在著不可忽視的問題與隱患，因此，開展橋梁承載力評定與加固方案的研究工作迫在眉睫。

1 橋梁概況

該橋建于1959年，上部結構為拱形梁與墩柱剛接，下部采用樁基接擴大基礎。橋跨布置如圖1所示。由于年久失修，多處出現鋼筋銹蝕、裂縫、混凝土剝落等情況。此外，設計荷載不明等情況致使該橋存在著較大的安全隱患。因此，必須對此橋進行檢測，評價其在運營荷載作用下的工作性能。

2 橋梁承載力評定

根據詳細檢測和荷載試驗的結果對本橋進行結構分析、檢算和承載能力評估。計算分析包括對橋梁原設計的承載能力和使用性能的復核以及結合詳細檢測和荷載試驗結果考慮舊橋承載能力評定的各項系數的驗算，并進行橋梁適應性分析。評定流程如圖2所示。

2.1 無損檢測

無損檢測的目的為測試該橋主體結構混凝土退化程度及目前結構的耐久性能，主要包括以下內容：

混凝土強度、混凝土碳化深度、鋼筋保護層厚度。

2.1.1 混凝土強度

本次現場采用無損回彈法對該橋主體承重結構構件的混凝土強度進行檢測。現場檢測結果：該橋拱形梁混凝土推定值約為20.0MPa；墩柱混凝土強度推定值約為25.0MPa，可以滿足強度設計要求。

2.1.2 混凝土碳化深度

混凝土碳化深度檢測主要是對結構的耐久性進行評價，并間接評價鋼筋的銹蝕狀況。本次橋梁混凝土構件的碳化深度測試結果如下：（1）拱形梁的混凝土碳化深度已超過45.0mm；（2）墩柱的混凝土碳化深度已超過45.0mm；

2.1.3 鋼筋保護層厚度

現場檢測結果：該橋主體結構拱形梁的保護層約為25mm左右，墩柱的保護層厚度約為30mm左右。

2.1.4 無損檢測小結

本次抽檢該橋上部結構及下部結構主要受力構件的混凝土推定強度可滿足設計要求；

目前該橋主體承重構件鋼筋保護層厚度可以滿足設計要求。但由于混凝土密實性差，碳化深度大，排水系統損傷等原因致使目前該橋主體承重構件混凝土保護層對構件內鋼筋的銹蝕已不能起到有效的抑制作用。

2.2 外觀檢查

對橋梁的外觀狀態進行全面檢查，本橋橋面系及上下部結構病害照分別如圖3～圖4所示。

2.2.1 外觀檢測小結

（1）橋面系檢測結果

橋頭橫向貫通裂縫、護欄底部局部開裂、人行道局部破損。目前橋面系損傷對橋梁結構的承載力及使用安全不會造成影響。

（2）上、下部結構檢測結果

拱形梁、墩柱鋼筋銹脹導致混凝土開裂剝落，梁體間橫向連接板部分存在滲水泛堿現象，個別梁體存在豎向非受力裂縫。目前，上、下部結構損傷雖主要為非結構性損傷，但橋梁主要受力構件鋼筋銹脹、混凝土開裂情況較嚴重，已較大程度的削弱了構件的有效截面，降低了承載能力，需要進一步做荷載試驗進行使用性能評定。

2.3 橋梁結構驗算

為了保證橋梁靜載試驗安全有序的進行，需要對該橋梁整體建模分析，利用橋梁現有的結構尺寸、材料等信息，對橋梁的受力性能、狀況以及安全可靠性進行分析，并為橋梁靜載試驗的方案設計提供可靠的參考與依據。

計算分析主要包括以下兩個部分：理論計算、模型計算。

2.3.1 理論計算

2.3.2 模型建立

通過對履帶-50、掛車-80、掛車-100、掛車-120四種不同車輛荷載進行布載分析，可發現在驗算荷載掛車-100的作用下，模型計算所得主梁所受彎矩與主梁極限狀態抗彎承載力理論值最為接近，可達到較理想的加載效果。掛車-100車輛荷載作用下模型計算所得結果如表1所示：

綜上，靜載試驗中加載車輛按照汽-20、掛-100標準車輛荷載進行參考選取最大35t加載車進行加載。

2.4 荷載試驗及結果分析

靜力加載試驗主要通過高精度水準儀測量橋梁在車輛荷載作用下的撓度，在上述荷載布置方案下，跨中撓度最大，主要測量L2、L4、L6的跨中撓度，對于撓度最大的對應位置，還需測量該位置縱向線上的其它測點撓度值。

2.4.1 動載試驗結果分析

動載試驗主要測定了測試跨的結構自振特性，此次試驗測試并分析該橋梁在空載作用下的自振頻率，包括垂直振動和水平振動。

表明目前雖然主梁由于耐久性損傷導致承載力有一定程度的降低，但由于拱梁結構特點及現澆橋梁的整體性特點保證了目前橋梁仍能提供相應的剛度及較好的穩定性。

2.5 橋梁檢測總結

綜合現場檢測、荷載試驗結果，該橋由于拱梁的結構特點及現澆橋梁的整體性特點橋梁的整體剛度在目前狀況下尚可滿足要求。但橋梁主梁存在較為嚴重的銹脹等耐久性損傷，使得主梁的承載力有一定程度的降低，安全儲備偏低，在重載社會車輛荷載作用下存在較大的安全隱患。故建議對主梁進行專項加固。

3 橋梁加固方案

橋梁主體結構加固方案主要包括以下幾種：擴大截面法；體外預應力法；組合結構法。

3.1 擴大截面法

在原主梁的周圍澆筑一層15cm厚的鋼筋混凝土，通過植筋、鑿毛等措施與原混凝土連接，使二者共同受力。

3.2 體外預應力法

在L2、L3、L5、L6梁的位置上各安置一根預應力鋼絞線。鋼絞線采用1860MPa高強鋼束，公稱直徑4.2cm，，初始預應力值為1300MPa，預應力鋼絞線通過橫梁轉向。

3.3 組合結構法

在原主梁的周圍澆筑一層10cm厚的混凝土，通過植筋、鑿毛等措施與原混凝土連接，槽型鋼板厚1cm，采用栓釘與混凝土連接。各方法結果如下：

3.4 分析結論

（1）四種加固方法對橋梁撓度的減小都有效果都非常明顯；

（2）增大截面與組合結構相比剛度增大效果基本相同，但是材料用量多；

（3）體外預應力法主要減少橫向裂縫，本橋主要為縱向裂縫，對其耐久性提高作用不大，并且在其減小中跨撓度同時，增大了兩側撓度；

（4）組合結構2與組合結構1相比，對橋下凈空影響小，剛度增加小，共同受力能力不如組合結構1，由于本橋對橋下凈空要求不高，總體而言，組合結構1優于組合結構2；

綜合以上對比分析，最終建議選擇的加固方案為組合結構1。

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