普通國省干道危橋改造橋梁斜裂縫加固分析

李洪明

（保山公路局，云南 保山678000）

1 工程背景概況及裂縫成因分析

我局管養的S241螞黑線梨樹坡二號橋，位于中國騰沖到緬甸密支那國家一級口岸猴橋口岸的必經通道上，每年來往該口岸通道的車輛多為運輸木材和農副產品的大型超載貨車，超載現象很普遍。該橋2008年建成通車，全長168.04m，橋面總寬9.0m，車行道寬7.0m，上部結構為8×20m預應力混凝土空心板，采用橋面連續結構，預應力鋼束為直線型，無縱向彎曲，原橋設計荷載為公路二級（見圖1）。

圖1 橋梁立面圖

2014年經第三方橋梁運行狀況檢測，該橋整體狀況被評定為四類橋，需加固處治。該橋主要病害為：橋梁梁板端頭除板底分布一定量縱橫向裂縫外，其中2-8#、4-8#板均出現腹板斜向裂縫，裂縫σmax=0.32mm，超出0.2mm最大裂縫寬度限值，已經對橋梁承載能力極限狀態下的運行產生不利影響（見圖2、圖3）。

圖3 4-8#斜裂縫

該橋行車道寬7m，橋面布兩個車道，各片梁之間橫向鉸接良好，考慮到橋面鋪裝整體效應，8#梁的橫向分布影響線可近似按照剛性橫梁法來模擬，其中具體數據見橫向分布影響線圖（見圖4）。對比雙車道加載和單車道加載，考慮車道橫向折減系數，可見單車道加載效應略大于雙車道。

圖4

利用maidas軟件對該橋進行整體受力分析，汽車荷載采用公路二級車道荷載，單車道加載時8#邊梁內力圖及頻遇組合下斜截面主拉應力圖如圖5。

圖5 8#邊梁內力圖及頻遇組合下斜截面主拉應力圖

按照《18公橋混規》6.3.1-7條，距離邊支座1m附近處σtp=-0.21MPa≤0.7ftk=-1.85MPa，雖然滿足公路二級車道荷載要求，但應力儲備系數較低，考慮到該橋處于繁忙的邊境口岸貨運線上，實際交通荷載時常超出設計荷載，再加上原施工過程中鉸縫施工存在密實欠佳、預應力損失等因素，造成了該橋梁板斜裂縫的產生。分析斜截面主拉應力計算公式：

圖6 截面慣性矩增大30%前后應力圓對比

2 斜裂縫處治方法

增加換算截面慣性矩的有效方法包括：板底貼鋼板，板底貼碳纖維布，擴大鋼筋混凝土截面法。對于斜裂縫較大的結構而言，還需提高斜截面抗剪承載力，此時需要加固腹板，加固方式同樣可選擇上述三種方法，但對于空心板而言，前兩種方法只較適合邊板，難以加固中板，且現有檢測手段也難以發現中板板底裂縫是否延伸到腹板，并且對于跨中彎矩較大的情形，還需處理跨中底板。綜合分析后不難發現，采用擴大鋼筋混凝土截面法能同時解決主拉應力過大和斜截面承載能力較低的問題，但如果把擴大截面后的板端頭前后連接，將結構體系從簡支結構轉為連續結構后，還能以此通過內力重分布使得跨中彎矩得到優化，見圖7。

圖7 簡支變連續空心板施工工序圖

在這個思路的指導下，梨樹坡二號橋先對裂縫注膠封閉，然后改造空心板墩頂區域，鑿除墩頂6m范圍內空心板頂板混凝土，布設負彎矩鋼筋，澆筑C50混凝土填實該范圍內空心板內腔，最后待簡支轉連續完成后重新澆筑橋面鋪裝層。

采用空心板端部實體化并且簡支轉連續后，不僅增加了斜截面抗剪能力和抗裂能力，還能通過塑性內力重分布即彎矩調幅對內力進行改善，減少跨中彎矩，進而降低跨中梁底截面法向正應力，減小跨中橫向裂縫產生的可能。而支座截面負彎矩的產生，又能通過負彎矩鋼筋及適當發揮橋面現澆層鋼筋來抵抗，從而起到“跨中不夠，支座來湊”的效果。此外，采用實體化空心板端部剛度增大后，整體撓度降低，從而減小支座轉角，有效減輕支座局部脫空的可能。

同時也應注意到，采用結構連續方案時，跨中彎矩調幅的比例與空心板端部實體化結構連續后的約束剛度息息相關，由于墩頂空心板截面只有普通鋼筋，缺少上部預應力筋，其抗裂能力有限，因此調幅比例應該維持在10%~15%為宜。

3 預防對策

對橋梁斜梁板裂縫及上部結構其他病害的預防，首先是需要治超工作的有效監督，同時在預防性養護及日常橋梁養護過程中，需要重點關注伸縮縫接頭處平整度，減少汽車沖擊荷載。做好橋梁經常性檢查及定期檢查的開展，對出現裂縫的橋梁早發現、早封閉、早處理。

4 結束語

“十四五”期間，為實現交通強國整體規劃，提高公路服務水平，需要我們公路管養單位采取更為科學有效的橋梁養護管理方法。空心板斜裂縫出現的成因較多，但歸根結底還是主拉應力過大的問題。空心板端部實體化后簡支轉連續的方法，能夠同時兼顧斜截面抗剪承載力提升、抗裂能力提高及跨中彎矩改善的優點，具有一定推廣價值。