淺談大跨度PC連續剛構橋病害成因及加固技術

摘 ?要：近年來，我國高速公路的建設不僅促進了地區經濟的增長，也為人們的出行提供了很大的便利。然而高速公路施工工期長、涉及環節多，具有一定的復雜性?；诖?，本文結合某具體工程，對大跨度PC連續剛構橋病害成因及其加固技術進行研究與分析，以供參考。

關鍵詞：大跨度;連續剛構橋;病害;成因;加固技術

中圖分類號：U445.71 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：2096-6903（2021）03-0000-00

1 工程概述

某高速公路連續剛構橋為預應力混凝土連續剛構橋，其總長為332m，該連續剛構橋的左右線采用分幅設置的方式，每幅都采用了單箱單室直腹板箱型截面。該連續剛構橋的相關結構及參數如表1所示：

該連續剛構橋在投入使用七年之后，其橋面出現了一定程度的下撓，同時還發現在其剛構中跨跨中區域的梁體底板與腹板出現了不同程度的開裂，經過全面的檢查與確認，中跨跨中底板的橫向裂縫寬度大致在0.15mm至0.3m的范圍之內，其中部分突出的裂縫甚至達到了0.5mm，而腹板裂縫的最大縫寬為0.45mm。經過確認，該高速公路連續剛構橋的中跨跨中最大撓度約在20cm左右。待兩年后再次對其進行檢查，發現左幅橋一側的墩頂箱室出現多條橫向裂縫，其最大縫寬達到了0.8mm，而其他墩頂箱室均出現了一定程度的裂縫，既有橫向裂縫，也有縱向裂縫，但裂縫的寬度相對較短。在這些裂縫中，已存在部分裂縫向著頂板或者腹板進行延伸的情況，經確認該橋跨中撓度較之之前又有所增加，增加幅度在3cm至5cm左右。針對這一情況，急需弄清連續剛構橋的病害原因，并據此采取針對性的加固措施。

2 連續剛構橋的病害成因

經過實際勘察與討論，同時借鑒了國內外相關資料，確定該高速公路連續剛構橋出現病害的原因主要包含以下幾方面：

（1）該橋的位置特殊，是附近大型貨運車輛進城、出城的主要通道，且該路段車流量較大，達到了日行駛10萬輛次，且有些貨車存在著超載的情況，進而對連續剛構橋造成不良的影響;（2）該連續剛構橋豎向預應力損失較大，主拉應力超限，導致了混凝土腹板裂縫的產生;（3）在施工階段，存在有徐變變形的情況，且同時伴有縱向預應力損失較大的情況，經過研究與討論，導致這一問題的主要原因是節段懸澆的作業工期相對較短，這致使結構預應力降低，最終導致了跨中下撓以及腹板開裂的病害。

針對上述幾個方面的原因，提出了加固思路：該高速公路連續剛構橋為預應力混凝土連續剛構橋，在施工時采用懸臂現澆的方式開展作業，該橋的主要受力部位為中墩墩頂主梁負彎矩區，因此基于上述病害的表現與原因，加固的重心應該放在體外預應力鋼束的施加上，通過這種方法可以對全橋的縱向預應力進行有效恢復。除此之外，對于裂縫相對嚴重的部位可采取粘貼鋼板等補強措施，以此來對裂縫的進一步發展做出有效限制，進而有效提升箱梁結構的承載能力。

3 連續剛構橋的加固設計策略

3.1 包絡設計

該高速公路連續剛構橋的病害相對嚴重，無法對其真實狀態做出準確地檢測。因此為了解決這一問題，提出了三種狀態：（1）該橋的全部縱向預應力筋處于設計狀態;（2）參照類似項目的設計經驗，考慮全橋縱向預應力損失10%至15%的范圍;（3）中跨跨中底板預盈虧鋼束應力損失50%，其余縱向預應力損失5%。

3.2 加固技術分析

（1）體外預應力加固法。通過體外預應力的施加，會促使箱梁斷面混凝土的壓應力儲備得到一定程度的增加，這樣一來，一方面會抑制裂縫的產生與發展，另一方面也可以對結構的承載能力進行有效的提高。具體加固措施如下：一共設置26束體外束，在這26束體外束中，通長束、中跨束以及每側的中支點短束數量分別為4束、6束、8束，所有體外束均采用兩端張拉的方式予以開展。體外預應力鋼束采用環氧涂層鋼絞線，并在其之上添加了PE護套。對于鋼絞線而言，其抗拉強度的標準值為1860MPa，對于預應力筋，則是采用分級拉張的形式開展作業，同時需要注意對每級張拉力進行一定程度的控制，要求其不得超過總張拉力的四分之一。在對體外預應力筋進行轉向時，需要借助轉向器，而錨固則主要通過錨固塊予以實現。需要說明的是，車輛通行有可能造成鋼束振動過大的情況，為了避免這一現象，在原先設置的基礎上還需要進一步沿著體外索設置好防振限位裝置，同時注意對防振限位裝置之間的距離做好控制，一般情況下控制在8m左右較為適宜[1]。除此之外，為了確保能夠與原結構進行有效且便捷的連接，需要注意合理選擇錨固與轉向裝置，應以混凝土結構裝置為主，同時應該對其進行植筋處理，使其與原梁體結構有效連接。然而該連續剛構橋的預應力筋張拉力相對較大，因此在錨固區域會產生很大的局部應力。針對這一情況，為了保證結構的安全性與可靠性，還需要做好如下幾個方面的細節處理：首先，在體外索中存在4束通長束錨固在梁端的橫隔板處，在后箱梁內側進行植筋操作，以此確保體外預應力傳遞的可靠性，并澆筑自密實混凝土;其次，針對頂板錨塊位置局部應力相對較大的情況，為了防止錨后區混凝土發生一定程度的開裂，采取將錨后2.5m范圍之內的頂板、腹板局部加厚的措施;最后，對于中支點短束錨固位置，其受力的復雜程度較高，針對這種情況為了對錨固的可靠性進行有效增加，可以在錨固處另外增設橫隔板，橫隔板的厚度在1m左右較為適宜，這樣一來就可以對頂板的局部應力進行減少。（2）增大截面加固法。這一加固方法主要是通過加固構件截面與配筋的形式來實現構件強度、剛度與穩定性的增強，當構件剛度與強度得到增強之后，出現開裂的可能性將大大降低。由于設置了體外預應力鋼束，剛構雙薄壁墩和承臺的受力有所增加，這樣一來，原來結構的配筋則無法適用。針對這種情況，便可以運用增大面積加固法對中墩墩頂、墩底以及承臺頂面進行有效的加固。（3）粘貼鋼板加固法。對于鋼筋混凝土的薄弱部位，可以采取粘結劑對鋼板進行粘貼或者灌注，這樣做的目的是可以使其與原結構一起共同受力，進而對其剛度進行有效的增加，促使鋼筋與混凝土的應力發生改變。這樣一來，已有裂縫的進一步發展與延伸則會得到有效遏制，實現了橋梁承載能力加強的效果[2]。

4 加固設計計算結果分析

對于該連續剛構橋的上部結構與下部結構，均采用平面桿系單元。綜合考慮到橋梁的實際情況，對原結構中的相關系數做出了一定程度的調整。

4.1 初始狀態模擬分析

針對不同狀態做出了模擬分析與計算：跨中三個節段相關參數發生變化時，計算出跨中下撓值，并將計算出的值與實際下撓值進行對比。當抗彎剛度下降30%、預應力損失達到15%時，所計算出的跨中計算下撓值為201.5m，此數據與實際下撓值基本相符;當抗彎剛度下降30%、中跨跨中底板束損失50%，其余預應力束損失達到了5%時，經過計算得出下撓值為171.6mm，這一數據也與實際數據相對接近。根據這兩組下撓值的計算數據可以推斷：該高速公路聯系剛構橋的實際受力狀態便是上文中論述的狀態二與狀態三的初始狀態[3]。

4.2 計算結果分析

三種狀態下體外預應力鋼束的控制應力見表2所示：

根據表2中的相關數據可以發現：在各個受力狀態最不利工況下的鋼束應力值均在 ，而且其最大鋼束應力幅僅僅為8.37MPa。由此可見，通過體外索張拉的方式，箱梁豎向下撓度并沒有完全恢復，中跨跨中上拱的數值為58mm，與該橋已發生的跨中撓度存在著較大程度的差異。

4.3 加固效果分析

通過對相應的加固技術進行合理應用，梁體的撓度雖然沒有得到完全的恢復，但做出了一定程度的改善，主要體現在截面承載能力的增強，無論是極限狀態還是正常使用都得到了改善，能夠合理滿足相關設計規范要求。

4.4 施工監控

針對連續剛構橋而言，采用體外加固的方式具有一定的復雜性，其難度也相對較大。由于箱梁內存在一定的缺陷與損傷，在這種情況之下其內力和應力都已經發生了一定程度的改變，在這種情況之下難以精準地把握相應結構的強度與剛度。因此本文在設計過程中，將現有的檢測數據與原始設計資料進行結合，并由此來對當前狀況下結構的受力狀態做出一定程度的推測，而推斷的準確性十分重要，它能夠直接影響到后續所采用加固措施的合理性與有效性。基于該點的考慮，在實際的加固施工過程中，需要采取科學、合理且有效的監測措施，只有這樣才能對結構的安全性進行保障。監控所涉及的內容較為廣泛，主要包含有主梁應力監控、錨固點與轉向點局部的應力監控、中墩墩頂與墩底的應力監控、張拉過程中的裂縫監控、主梁撓度監控、中墩墩頂位移監控以及支點應力監控等。在實際操作之后，發現對各個流程進行全面且有效的監測與監控之后，各個階段在加固過程中應力與位移和設計中的計算結果基本保持一致，這也對設計計算結果的準確性作出了有效的驗證[4]。

5 結語

本文結合某具體工程，對大跨度PC連續剛構橋病害成因及其加固技術進行研究與分析。首先對工程概況進行了一定的介紹，提出了某高速公路連續鋼構橋出現下撓與裂縫的病害問題，并在第二次檢查中病害有加重的趨勢。其次對連續剛構橋病害的具體成因進行了闡述，主要包含有車流量大造成荷載增加、豎向預應力損失較大、結構預應力度降低等。然后針對這些問題提出了相應的加固設計，運用到了體外預應力加固法、增大截面加固法與粘貼鋼板加固法。最后運用數學模型進行了計算，并對計算結果進行了分析，得出結論：在運用加固技術對橋梁進行一定程度的加固后，雖未完全恢復梁體的撓度，但對于截面的承載能力而言，已經得到了較為明顯的改善。此外，通過對加固前與加固后的荷載進行對比分析可知：通過施加體外預應力的方法，可以有效改善截面局部的受力狀態，且結構的剛度得到了較大程度的提升。

參考文獻

[1] 張帆.大跨度連續剛構橋的病害原因分析及加固設計[J].南方農機，2018（6）：221.

[2] 李輝.大跨度連續剛構橋的病害原因分析及加固設計[J].鐵道標準設計，2011（4）：52-54.

[3] 龍利宏.大跨度連續剛構橋常見病害及成因分析[J].四川水泥，2019（3）：277.

[4] 程煒，周超民.大跨度PC連續剛構橋病害成因分析及加固研究[J].公路，2020（4）：184-186.

收稿日期：2021-02-08

作者簡介：劉國強（1987—），男，四川宜賓人，本科，研究方向：橋梁設計。

Abstract： In recent years， China's highway construction not only promotes the growth of regional economy， but also provides great convenience for people's travel. However， the highway construction period is long and involves many links， which has certain complexity. Based on this， in this paper combined with a specific project， this paper studies and analyzes the causes of disease and reinforcement technology of long-span PC continuous rigid frame bridge， for reference.

Keywords： Long span; Continuous rigid frame bridge; Disease; Causes; Reinforcement technology