某變截面連續箱梁性能評估與養護實踐

童浩

（蘇寧滬高速公路股份有限公司，江蘇 南京 210049）

1 橋梁現狀

某 橋 主 橋 為 跨 徑44.3+70.0+44.3m的單箱單室變截面預應力混凝土連續梁橋。截面采用縱、橫、豎三向預應力的單箱單室截面，梁高、底板厚度、腹板厚度均以二次拋物線的線形從主墩處向跨中變化。其橫截面示意圖如圖1 所示。梁高由4.3m 變至2.1m、腹板厚度由0.6m 變至0.4m、底板厚度由0.45m 變至0.25m，大橋竣工通車多年后，檢查發現的主要病害如下：

圖1 某大橋計算截面置示意

1.1 主橋在1/4 跨至跨中處腹板斜裂縫數量較多；

1.2 箱梁頂底板存在縱向與橫向裂縫，縱向裂縫呈發展趨勢；

1.3 主橋跨中下撓27mm。

2 性能評估

2.1 原設計驗算

采用MIDAS 建立了梁單元模型進行原設計驗算，主梁離散為49 個單元，50 個節點。計算求得該橋原設計彎矩抗力值為彎矩效應值的1.349～1.453 倍，滿足原設計荷載使用要求。主拉應力、正應力與最大撓度均小于規范限值要求，該橋抗剪承載力在L/4 處附近和3L/4 處附近不能滿足要求。主要控制截面驗算結果如表1、和表2 所示。

表1 截面應力驗算結果

表2 斜截面抗剪承載能力驗算結果

2.2 現狀驗算

根據檢測報告結果，箱梁腹板斜裂縫分布較為集中而且數量較多，分布在跨中L/4～3L/4 范圍內。分析其病害原因主要是由于該節段內梁高較小、腹板厚度不足，當豎向預應力與縱向預應力損失達到一定水平時，有效預應力減小，造成該區域內的主拉應力增大，加之舊橋縱向預應力未設置腹板下彎束，將進一步增大主拉應力的存在。

結合現場裂縫產生的區域主要集中在L/4～3L/4 范圍內的實際情況，該區域正的特點是梁高較小，腹板較薄而反力較大，該處主拉應力易由豎向預應力的損失而造成此處拉應力較大。為分析豎向預應力與縱向預應力的損失情況與現場病害的關聯情況。本次考慮對豎向預應力與縱向預應力進行定量折減，來對該橋進行現場分析。本次按豎向預應力不計入，縱向預應力按0%、5%、10%、15%、20%五種損傷情況進行模擬，五種損傷情況溫度梯度參照2018 新規范加溫度梯度考慮，將五種模擬結果與原設計進行對比，其結果比較如表3。

表3 考慮損失全橋關鍵點應力變化

與該橋實際情況對比分析得出，在損傷情況c的工況下，中跨跨中底板的拉應力為2.3MPa，中跨L/4～3L/4的拉應力2.9MPa，可認為損傷情況c 符合該橋底板未出現橫向裂縫但存在腹板斜向裂縫的病害情況，而在損傷情況d的工況下，兩處的拉應力分別為2.9MPa與3.7MPa，可認為損傷情況d 符合該橋目前腹板斜向裂縫與底板橫向裂縫的分布情況，且維持在該損失水平，根據原設計驗算與現狀驗算結果，對該橋性能評估如下：

（1）該橋原設計部分截面抗剪承載能力不足，安全系數＜1。

（2）根據工況模擬與病害對應情況，該橋目前縱向預應力損失約為15%。

3 養護實踐

根據病害及驗算結果，該橋預應力損失及腹板厚度較薄是病害產生的兩個主要原因，加固方案因考慮恢復預應力損失同時增加腹板強度，限制已有的裂縫的發展，本次采用的加固方案為：考慮腹板存在開裂情況，在箱梁腹板內采用12mm的鋼筋以30cm×30cm的梅花形布置植筋，澆筑20cm 厚C55 自密實自流平加固料來增加腹板強度；采用張拉體外束的方式，補充原橋所損失的預應力以減小截面的應力水平。單束規格采用12-фj15.2，一個斷面布置三束，預應力鋼束與轉向器等構造的摩阻系數μ=0.14，鋼絞線的強度為1860MPa，彈模為1.95×105MPa，錨固端張拉應力為0.6fpk=1116Mpa。

為分析該橋加固方式的有效性，加固后對該橋進行相關荷載試驗，以不同工況作用下的實測應力與理論應力的對比來驗證加固效果，應力對比結果如表4。

表4 加固后截面應力比對表

由表中數據可以看出，應力校驗系數處于0.61～0.71 之間，滿足現行荷載試驗規程要求，加固后的實測平均應力最大值為1.86Mpa，對比2.2 節中現狀驗算的結果，加固后橋梁的損傷情況可認為由損傷情況d 恢復到損傷情況b。

加固后主橋的撓度測試值與計算值對比如表5。

表5 試驗撓度測試值與計算值對比表

由表5 中數據可以看出，加固后主橋撓度校驗系數處于0.70～0.81 之間，相對殘余度處于3.70%～8.30%之間。表明該橋整體剛度較大，受力狀況良好。

加固后斜截面抗剪承載力計算公式采用《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2015）規范驗算公式，截面抗剪承載能力驗算見表6。

表6 加固后斜截面抗剪承載能力驗算結果

對比上表中結果可知，加固后各控制截面的抗剪承載能力提高了1.28～1.34 倍，表明腹板增大截面的加固方式能有效的提高該橋的抗剪承載能力。

4 結論

4.1 變截面連續箱梁其性能評估時應根據實際情況考慮豎向預應力與縱向預應力折減。

4.2 本加固實例表面腹板增大截面技術可以有效的提高斜截面抗剪承載能力，體外預應力加固技術可明顯改善橋梁應力狀況，一定程度改善下撓現象，對變截面連續箱梁加固效果好，可為同類工程提供參考。