空心板簡支梁橋檢測與加固理論分析

劉明龍，高新學

(山東省交通工程監理咨詢有限公司，山東 濟南 250000)

1 簡支梁橋簡介

1.1 整體式簡支梁橋

整體式簡支梁橋結構穩定性好且橫向剛度大。但整體式簡支梁橋吊裝受限較大，因此一般情況下整體式簡支梁橋采用就地澆筑方式。該形式梁橋受力體系較為簡單、整體性好，雖然耗費材料較多、施工周期較長，但是對于起重機械受限、構造簡單、跨徑較小的斜橋和曲線橋梁具有著不可替代的優勢。對于整體式簡支梁橋的不足還有待進一步研究。

在設計中整體式梁橋的建筑高度一般為跨徑的1/8～1/16。增加梁高能夠增加橋梁跨徑從而節約材料的使用，整體式簡支梁橋橋梁寬度是高度的6～7倍。

1.2 裝配式簡支梁橋

T型梁常通過增加橫隔梁來增加的抗扭力。采用箱型結構對于增大梁的扭矩有利，其抗扭慣性矩是T梁的十幾倍，有的大截面可以達到幾十倍。因此對于部分橋寬比較大的裝配式簡支梁橋采用薄壁箱型結構形式，相比于一般的需要減少橋梁自重的較大跨徑橋梁混凝土簡支梁橋是十分經濟合理的。

2 簡支梁橋檢測及加固措施

2.1 簡支梁橋檢測

(1)檢測內容

簡支梁橋的檢測主要是用來評估橋梁使用性能及制定相應加固措施，以使得橋梁能夠保證安全運營，現場檢測的主要內容包括混凝土碳化深度、混凝土強度、裂縫及損傷情況、構件主筋保護層厚度、鋼筋銹蝕情況、板梁的承載力、混凝土內部缺陷等。按照現場檢測結果對橋梁進行評估。

(2)靜載試驗內容

為了保證橋梁承載力滿足運行和符合設計要求，根據檢測目的，一般情況下空心板簡支梁橋靜載試驗檢測內容主要包括以下幾方面：①檢測橋面板在中載和偏載荷載試驗下空心板梁結構的撓曲變形值；②檢測橋面板在中載和偏載荷載試驗下空心板梁結構的截面的應力變化值；③在荷載試驗過程中觀察橋梁底板裂縫的變化及卸載后裂縫的變化情況等。

2.2 簡支梁加固措施

(1)梁體維護設計

根據對舊橋下部結構、支座、上部結構、橋面系以及橋梁附屬設施進行全面檢測、調查，根據最終橋梁評估結果和檢查結果對現有橋梁各部分使用功能進行恢復和清理，對于結構性損壞需要制定專門的加固措施以保證橋梁受力滿足運營需要。

(2)各部位加固設計

空心板簡支梁橋雖然跨徑較小，但是對于加固主體結構常采用以下幾種措施：在橋面上減輕橋梁負擔搭設臨時鋼木過梁；為提高橋梁的承載能力進行臨時或永久性加固的措施；對搭建便橋或舊橋改建的措施。

2.3 橋梁加固方案

(1)空心板梁加固

①對于不同病害類型的橋梁采用不同的加固和維修養護方式。日常維修和養護是保護橋梁預防性工作重要措施，而加固是根據承載力要求進行的補強措施。在橋梁承載力滿足設計要求的情況下需要對橋梁進行常規養護就可以。近些年來加固措施不斷更新，多采用新型加固新材料進行加固。

②通過加固恢復橋梁其原有設計橋梁承受荷載要求。

③對原有橋梁不足以滿足現有交通荷載要求進行加固，以提高公路的承荷等級。

④需要臨時通過較大荷載時采取臨時的加固措施，大荷載車輛通過后恢復原設計荷載。

(2)常采用的加固方法、方案

在我國對于空心板簡支梁加固方法有：①用體外預應力、在梁下部受拉區貼鋼板、增加鋼結構支撐加固；②梁不產生結構損壞進行加固，需要對梁體裂縫部位進行封閉處理；③近些年來用碳纖維復合材料，提升了加固技術。

(3)加固的材料和工藝

近些年來使用較為普遍的新型的材料之一是碳纖維復合材料，多用來代替鋼板進行體外加固，能夠很好提高承載力。

新型材料碳纖維復合材料(CFRP)的優點：①不影響橋梁美觀，不增加額外尺寸和荷載；②不影響橋梁凈空；③施工簡單，對于橋梁平整性一般的橋梁不受限制；④屬于無損加固，只需要用環氧樹脂進行膠結，不需要錨固破壞梁體；⑤根據承載力需要可以疊加使用。

3 空心板簡支梁分析實例

3.1 項目概況

某簡支空心板橋全橋長40 m，橋跨布置為3×13 m，寬12 m。，設計年限為100年。主梁采用空心板簡支梁C50混凝土結構，該橋承載力已不能滿足當地日益增加的交通荷載。對橋梁進行檢測是發現病害：橋面有縱橫向裂縫；在橋梁跨中位置出現縱橫向細微裂縫。

3.2 病害檢測及成因分析

通過回彈法推定混凝土強度值均大于51 MPa；保護層厚度滿足設計要求；橋面板、橋墩混凝土碳化深度滿足規范要求；梁板部分區域有脫落鋼筋發生銹蝕，平均截面銹蝕率在0.4%～0.6%；支座開裂損壞需要更換支座；根據檢測結果以下對橋梁進行受力和荷載試驗分析。

3.3 結構建模分析

對橋梁各梁單元進行建模分析。本次采用Midas/Civil建立橋梁單元模型，梁單元分成625個。每片空心板梁底部均采用三個平動方向的約束剛度，支座部位采用板式橡膠支座剛度進行等效模擬。模型受力采用公路—I級加載進行承載力計算，通過結合動靜載檢測試驗進行分析，以確定合適的加固尺寸和加固方案。

3.4 分析計算

根據原設計圖紙和試驗目的，加載方式采用兩臺千斤頂加載，根據設計荷載進行加載以便更好的檢測截面內力和截面最不利位置的變形是否滿足安全性要求。通過公式(1)計算最大試驗加荷量。

(1)

式中：η為靜力試驗荷載的效率，Sstate為加載試驗項目在試驗荷載作用下對應的控制截面內力、變位等最大計算效應值；s為不計沖擊荷載作用的設計標準活載產生的該加載試驗項目對應的控制截面內力、變位等最不利計算效應值；(1+μ)為選用的沖擊系數。

3.5 靜載試驗檢測

根據空心板簡支梁橋在跨中受力是最不利加載工況，結合測試橋梁特點，測點按如下方式進行布置。撓度測點和應變測點分別布置在板梁L/4、3L/4、L/2跨徑位置布置，按照行車道的左、中、右控制截面布置應變測點進行測量撓度和應變。應變控制截面布置如圖1所示。

圖1 應變測點布置分布圖

由于現場施工條件限制，本次用三點集中加載方式進行荷載試驗，荷載點布置間距均為4 m，采用千斤頂加壓分級加載，靜載加載按照6～7級進行加載。

由表1可知：橋梁跨中位置處于最大荷載狀態時，荷載選取空心板梁截面的撓度檢校系數值均小于1.0滿足相關要求，殘余變形量滿足：殘余應力值/實測總應力值≤20%的要求，該橋撓度檢測結果符合規范要求。

表1 跨中逐級加載撓度分析

4 結 語

對簡支梁橋簡單介紹，主要通過對簡支空心板梁橋檢測和加固進行分析，對常用的加固方法進行系統分析介紹。目前常用舊橋結構檢測主要是通過靜載試驗。對于結構加固最實用的方法是碳纖維加固，新型碳纖維結構優點比鋼板加固優勢非常明顯。通過實例分析得出某橋現階段狀態：(1)首先通過常見的判斷和檢測方法對該橋進行總體分析，建立橋梁的分析模型；(2)對實例橋梁靜載試驗進行加荷計算方法分析；(3)對該空心板橋梁進行靜載試驗，通過跨中的試驗對撓度和應變檢測位置做分析，最終得出試驗結果發現該橋梁結構狀態良好，能夠滿足現階段行車要求，只需要對該橋進行日常養護，對裂縫等破損部位修復即可。