既有鋼筋混凝土橋梁狀態評定與維修加固方案研究

孫曉紅

(中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014)

1 工程概況

隨著區域社會經濟的快速發展，鹽靖高速作為江蘇省的交通大動脈，交通量持續增長，現有道路已不能適應交通量快速增長的現狀，迫切需要進行擴建。而既有橋梁的檢測評價及對策研究對擴建項目的規模、保通、運營維護及社會影響起著決定性的作用，橋梁擴建利用方案的成敗優劣直接影響到行業主管和政府部門的決策，是高速公路擴建研究的重要內容之一。

本項目起點為鹽靖高速與204國道交叉處，終點連接滬陜高速廣陵樞紐，路線全長約152 km，途經鹽城市亭湖區及鹽都區，泰州的興化市、姜堰區及泰興市。其中204國道至興化安豐、姜堰橋頭至廣陵段2001年建成通車，興化安豐至姜堰橋頭段2002年建成通車，設計速度均為100 km/h，路基寬度均為25.5 m。

2 既有橋梁承載能力評定方法

2.1 驗算規范

2.1.1 汽車荷載

對于老規范，汽車荷載采用汽車-超20級，掛-120，對于新規范，按公路-I級加載，同時相比2004通用規范，2015通用規范對車道荷載的集中荷載又作了提高。

2.1.2 沖擊系數

對于鋼筋混凝土和預應力混凝土橋梁，新老規范的沖擊系數分別見表1。

表1 新/老規范沖擊系數

本次驗算，沖擊系數均為MIDAS Civil計算結構基頻，并按新規范公式計算所得。

2.1.3 溫度梯度

對于老規范，按照橋面板升降溫5°C考慮。新規范的豎向溫度梯度如圖1所示，豎向日照反溫差為正溫差乘以0.5。

圖1 豎向溫度梯度(尺寸單位：mm)

圖1中，A為混凝土結構,當梁高H小于400 mm時，A=H-100(mm)；梁高大于或等于400 mm時，A=300 mm；帶混凝土橋面板的鋼結構A=300 mm；t為混凝土橋面板的厚度,mm。

2.2 拼寬前后既有橋梁橫向分布系數

對于裝配式組合結構，拼寬橋梁新建部分對既有結構有協同受力的作用，橫向拓寬對既有橋梁結構的受力狀態、特點有較大的影響。因此，本次檢算針對拼寬后的橋梁標準斷面進行計算。本次鹽靖高速公路擴建工程采用上部結構連接、下部結構分離(橋臺上、下連接)的拼寬方案，擴建后由原來的25.5 m標準斷面變為42.0 m標準斷面。

以20 m、25 m預應力寬幅空心板梁結構為例，綜合闡述拼寬對既有橋梁橫向分布系數的影響。表2為拓寬前后預應力寬幅空心板梁橫向分布系數，既有橋梁編號原則均為以中央分隔帶為中心，從外向內編號。

表2 拓寬前后板梁橫向分布系數對比分析表

圖2為拓寬前后寬幅空心板梁橫向分布系數分布圖。

圖2 拼寬前后空心板梁橫向分布系數分布圖

由表2、圖2可知，其余板梁橫向分布系數均有不同程度的降低，且變化呈明顯規律，即越靠近拼寬連接處的既有板梁，橫向分布系數下降率越大，既有橋梁原外邊板轉換為中板，下降率達48.17%。拼寬后既有橋梁橫向分布系數由外向內呈逐漸減小。

20 m、25 m寬幅空心板梁拼寬前后橫向分布系數變化規律基本一致，由此可知其他跨徑、類型組合結構拼寬前后橫向分布系數亦是如此。總體而言，靠近拼寬處橫向分布系數拓寬前后變化顯著，對承載能力評定有較大影響。因此，本報告中鹽靖高速既有裝配式組合結構橋梁極限承載能力評估均考慮拼寬對橫向分布系數的影響。

3 既有橋涵結構加固方案

針對20 m預應力混凝土寬幅空心板梁橋承載能力不足狀況，對于內邊梁抗彎加固，初步擬定方案包括粘貼鋼板、粘貼碳纖維布、預應力碳纖維板及橋面補強層(截面增大)加固；對于內邊梁抗剪加固，初步擬定方案包括腹板粘貼鋼板、空腔植筋加固及腹板增大截面加固。

3.1 20 m寬幅空心板梁橋內邊板抗彎加固

3.1.1 粘貼鋼板加固

20 m預應力混凝土寬幅空心板邊板底板粘貼4片寬150 mm，厚度為5 mm的Q235B鋼板，鋼板粘貼面積為9 m2，鋼板防腐涂裝9.6 m2，M10螺栓個數320根，如圖3～圖5所示。

圖3 20 m預應力混凝土邊板粘貼鋼板加固設計平面圖(單位：cm)

圖4 20 m預應力混凝土邊板粘貼鋼板加固設計橫斷面圖(單位：cm)

圖5 20 m預應力混凝土邊板粘貼鋼板錨栓布置圖(單位：cm)

3.1.2 粘貼碳纖維布加固

20 m預應力混凝土寬幅空心板邊板底板粘貼雙層碳纖維布、滿鋪，粘貼碳纖維布總面積為23.92 m2，碳纖維布涂裝23.92 m2，如圖6所示。

圖6 20 m預應力混凝土邊板粘貼碳纖維布加固設計平面圖(單位：cm)

3.1.3 預應力碳纖維板加固

20m預應力混凝土寬幅空心板邊板底板布設3片50×2型號預應力碳纖維板，預應力碳纖維板的總面積為2.4 m2，錨具數量6套，M12螺栓12根，M16螺栓36根，如圖7所示。

圖7 20 m預應力混凝土邊板預應力碳纖維板加固設計平面圖(單位：cm)

3.2 20 m寬幅空心板梁橋內邊板抗剪加固

對比分析內邊梁腹板粘貼加固、增大截面加固及板梁空腔植筋加固方案，板梁空腔植筋加固方案工序復雜，成本高，工期長且需封閉交通；腹板增加截面加固方案同樣工序較復雜，工期長且需封閉車道，成本也較高。因此，專題推薦對20 m寬幅空心板梁橋內邊梁抗剪加固采取外側腹板粘貼鋼板加固方案，方案如下：

20件m寬幅空心板梁橋內邊梁腹板粘貼寬150 mm、厚5 mm的Q345-C斜向鋼板；腹板上、下緣粘貼寬100 mm、厚4 mm的壓條鋼板。5 mm厚鋼板粘貼面積為1.092 m2，4 mm厚壓條粘貼面積0.995 2 m2，鋼板防腐涂裝2.09 m2，M10螺栓個數92根。

采用上述內邊梁抗剪加固方案，單片20 m寬幅空心板內邊梁承載能力提升狀況見表3，加固工程量及費用見表4。

圖8 20 m寬幅空心板邊板粘貼鋼板加固設計橫斷面圖

表3 20m預應力混凝土寬幅空心板內邊板加固后承載能力提升表

表4 20 m預應力混凝土寬幅空心板內邊板加固方案工程量及費用對比表

20 m PC寬幅空心板梁橋主梁抗彎、內邊梁抗剪加固均易實現，同時，考慮到20 m PC寬幅空心板梁橋規模大，分布分散等特點，加固后拼寬利用優勢明顯。經綜合比選，建議20 m PC寬幅空心板梁橋既有橋梁加固后拼寬利用。對于內邊梁抗彎加固，粘貼鋼板可有效增加承載能力，并對剛度有一定提升，同時經濟性、耐久性等均具有一定優勢，推薦內邊梁采用粘貼鋼板抗彎加固方案；對于內邊梁抗剪加固，推薦采用內邊梁腹板粘貼斜向鋼板抗剪加固方案，其有效提高結構承載能力，并不影響加固結構的使用空間，橋梁自重增加較小，成本也較低。

4 結束語

在橋梁日常養護管理過程中，要定期調查橋梁狀況，根據不同的損壞情況和部位，制定有效的養護維修方案，延長橋梁使用壽命，保證橋梁正常通行，維護人民生命安全，促進了國家現代化建設的快速發展。