先張法預應力空心板橋簡支轉連續加固方法

岳俊歡 吳培關 楊忠恒

(1.昆明理工大學建筑工程學院 昆明 650500； 2.普洱市地方公路管理處 云南普洱 665000)

0 引言

20世紀50—90年代，在造橋業實現跨越式發展情形下，我國大量興建大中小橋，由于簡支空心板橋施工方便，制作原理簡單，所以被普遍運用于中小跨徑橋梁中[1]。但是，大量的先張法預應力空心板橋隨著使用年限遞增，先張法空心板預應力鋼絞線未彎起，鋼絞線不能提供抗剪承載，特別是內腔采用氣囊成型的先張法空心板，由于氣囊變形的原因，其底板的鋼絞線保護層厚度不能保證，使預應力損失[2]。而各種病害的出現，導致橋梁的承載力和耐久性進一步降低，甚至達不到設計荷載的要求，加之重車不斷增多，特別是超載車輛逐年增加，使得橋梁出現損傷，進一步降低了橋梁安全系數[3-6]。由于橋梁的承載力并未完全喪失，如果拆除重建，其代價較高，也會給施工過程中的保通帶來很大的壓力。所以，加固往往是相對更為合適的方案。

改變橋梁的結構體系，對舊橋采用簡支變連續提載加固不失為一種好辦法。由結構力學可知在跨徑都為l，大小都為均布荷載q作用下的兩跨連續梁，跨中正彎矩為0.082ql2，簡支梁為0.125ql2，連續橋梁比簡支橋梁跨中彎矩明顯減小，相當于橋梁的承載力和剛度都得到提高[7-12]。如果在簡支轉連續加固時，對梁端抗剪能力進行加強，可同時加強結構的抗剪能力，使橋梁使用壽命得以延長。且簡支變連續后，橋面伸縮縫減少，行車舒適性提高，使橋面沿伸縮縫產生病害的概率降低。本文結合工程實例，展現了體系轉換的優勢[13-16]。

1 工程實例概況

云南玉溪黑箐橋，橋梁全長50.5 m，橋面總寬13 m，車行道寬12 m，上部結構為22 m+18 m預應力混凝土簡支空心板。截面構造圖如圖1所示。隨著交通量越來越大，該橋出現了橋面瀝青混凝土鋪裝層局部高低不平，空心板板底厚度不足，大部分空心板板底出現縱向裂縫，多處混凝土脫落破損，板底破損露筋，鋼絞線回縮，空心板承載力下降等一系列問題，給橋梁使用帶來極大隱患。為提高橋梁承載力，滿足承載能力和正常使用要求，需對該橋進行加固處理。

圖1 預應力空心板橋立面

針對該橋上部結構板底出現縱向貫通裂縫、混凝土破損、鉸縫不密實導致空心板承載力下降，應采取空心板內腔注漿增加空心板底板厚度，并采取加固措施恢復空心板承載力。本橋的加固，是將原空心板結構簡支改為連續受力，即鑿除墩頂7 m范圍空心板頂板混凝土，布設負彎矩鋼筋，空心板兩端各3 m(18 m跨)和4 m(22 m跨)范圍之內，空腔用鋼筋混凝土填實，除了確保墩頂位置結構形成有效的連續外，也保證空心板支點位置的抗剪能力得到提高，如圖2。

圖2 墩頂連續構造(單位：cm)

2 承載能力驗算

2.1 加固前后承載能力驗算

采用有限元軟件按空間梁格法建模對簡支空心板橋的變形和受力進行模擬分析，成橋階段模型見圖3。

圖3 簡支空心板計算模型

在加固整體計算中，分為兩個階段。階段一按簡支梁計算，荷載主要有自重和一期荷載。階段二按連續化后的連續梁計算，荷載主要有二期恒載和活載。采用有限元軟件建立全橋空間模型，成橋模型見圖4。

圖4 連續空心板計算模型

2.2 加固前后結果對比分析

為比較橋梁簡支轉連續加固效果，取跨中最大彎矩、最大撓度、支座處最大剪力為控制截面效應值分別對抗彎和抗剪進行對比分析，結果見表1。

表1 加固前后控制截面效應對比值

經計算分析，改變結構體系后，在同等受力情況下，橋梁跨中彎矩及跨中撓度大幅度降低，符合結構力學中簡支轉連續跨中彎矩變化規律，抗彎安全系數顯著提高，支座處抗剪安全系數提高較明顯，達到橋梁加固預期效果，使該橋承載能力和剛度都提高。

3 荷載試驗分析

為全面、科學地了解先張法預應力空心板橋加固前后其上部主體結構的工作性能，檢驗橋梁加固后的承載力、剛度是否滿足設計和規范要求，對該橋加固前后進行靜載試驗分析。靜載試驗測試橋跨取1#跨(22 m跨)，選取L/4、L/2、3L/4截面，共計3個截面進行應變測點及撓度測點布設。確定2個荷載工況，工況一為中心加載，工況二為偏心加載。以下對黑箐橋靜載試驗L/2截面測試狀況進行分析。

(1)應變試驗結果分析。在試驗荷載作用下，該橋加固前后各測點位置應變的實測值和理論值見圖5，其中應力以受拉為正，受壓為負。由圖5可知，各荷載工況下，應力值的實測值與理論值變化規律趨勢一致，實測值均小于理論值，加固后應力值均減小。在試驗工況一、工況二下空心板底緣平均應力值降低了13.2%(工況一)、17.8%(工況二)。

(a)工況一加固前

(2)撓度試驗結果分析。在試驗荷載作用下，該橋加固前后各測點位置撓度的實測值和理論值見圖6，其中撓度以下撓為正。由圖6可知，各荷載工況下，撓度值的實測值與理論值變化規律趨勢一致，實測值均小于理論值，加固后撓度明顯減小。試驗工況一、工況二下，單片空心板撓度平均減小0.6 mm(工況一)、0.7 mm(工況二)，為加固前空心板平均撓度的20.7%(工況一)、23.3%(工況二)。

(a)工況一加固前

4 結論

(1)簡支轉連續改變結構體系加固，能明顯減少簡支梁橋在常年服役后出現的病害，改變結構體系后，在同等受力情況下，橋梁跨中彎矩及跨中撓度大幅度降低，加固后橋梁的承載力和剛度都明顯提高。

(2)原空心板結構簡支改為連續受力，采用填實支點附近空心板內腔增大截面的方法，使空心板支點位置處的抗剪能力得到提高。

(3)經荷載試驗測試狀況分析，各荷載工況下的撓度和應變實測值與理論值變化規律基本一致，實測值均小于理論值，其應力和撓度未出現異常，結構處于彈性工作狀態，結構強度及剛度符合設計規范要求。

(4)加固后，經荷載試驗分析，空心板底緣應力平均降低13.2%、撓度平均減小20.7%，結構剛度大幅度提高，上部結構橫向整體受力性能稍有改善，縱向整體受力性能明顯提高。