箱梁現狀承載能力驗算及加固維修設計研究

迪麗薩爾 ? 迪力夏提

摘要：文章以某既有橋梁結構為研究對象，依據現場檢測數據及結論，按照恢復橋梁承載能力、增加結構安全儲備的原則，提出了采用底板封縫+粘貼縱向鋼板加固的主梁維修加固設計方案。對比維修加固前后主梁承載能力的驗算結果可知：承載能力極限狀態下，加固改造處理后的主梁抗彎承載能力滿足設計規范要求，且安全系數均超過1.2，加固效果明顯。

關鍵詞：橋梁檢測;橋梁病害;橋梁加固設計;承載能力驗算

文獻標識碼：U441+.2-A-30-100-3

0 引言

近年來，隨著地區經濟的不斷發展，各地汽車保有量迅速上升，由此給道路橋梁等基礎設施的運營帶來較大壓力。道路使用性能衰減速度加快，病害種類呈多樣化，管養部門養護壓力劇增，安全隱患明顯增多，突發交通安全事故數量也在逐年上升，給人民生命財產造成了較大損失。因此，對既有橋梁結構采取科學合理的維修加固措施，恢復承載能力、消除安全隱患問題已刻不容緩，其對改善道路使用性能具有重要意義。

目前，國內外橋梁檢測、加固維修設計、施工技術發展已較為成熟，姜明映[1]結合實際工程案例，采用有限元軟件仿真模擬分析了橋梁加固前后結構的力學響應狀態，加固處理結果顯示效果較好。于繼書[2]對鋼筋混凝土簡支矩形板橋進行了研究，針對全橋病害種類進行匯總，分類提出處理措施和加固設計方案。謝圣綱[3]針對橋梁病害及實際使用狀況，分別從加固原則、施工流程、加固設計等方面提出橋梁結構病害整治設計方案，加固后檢測結果滿足設計要求，為其他類似橋梁的加固提供參考。

根據橋梁現場檢測報告，對梁體病害分類匯總、等級評定，再將原結構抗彎和抗剪承載力進行驗算，分析病害產生原因，并提出維修加固設計方案，最后對加固后的結構進行驗算，檢查其是否滿足規范要求，為橋梁加固設計提供參考。

1 工程概況

某橋梁全長193.04 m，上部結構為2聯3孔30 m箱型連續梁，結構斷面由4片梁及3道鉸縫組成。箱梁高1.4 m，梁間距為3 m，跨中截面位置處板梁頂板厚14 cm，底板厚14 cm，腹板厚14 cm;支點截面位置處板梁頂板厚14 cm，底板厚24 cm，腹板厚24 cm。主梁為40#混凝土，預應力鋼絲采用符合《預應力混凝土結構用碳素鋼絲》（YB255-64）標準的冷拔碳素鋼絲，橋面鋪裝為6 cm厚瀝青混凝土，橋面寬度為11 m+2×0.5 m（防撞護欄），設計荷載為汽-20，掛-100。

2 主梁服役狀況及檢測結果

2.1 病害類型及現狀

經調查，主梁主要包括4種病害：梁底縱向裂縫、腹板縱向裂縫、主梁豎向及橫向裂縫、主梁局部破損。

上部結構共有6片主梁底面或腹板存在縱向裂縫，部分裂縫伴有滲水痕跡，該縱縫基本對應于主梁空腔底面或預應力筋位置處，最大裂縫寬度為0.14 mm，應為主梁混凝土自身收縮產生的裂縫;10片主梁腹板存在豎向裂縫，裂縫均上部到頂，下部到底，部分裂縫伴有滲水痕跡，最大裂縫寬度為0.16 mm，裂縫暫未超過規范限值;2-1#主梁底面有9條橫向裂縫，裂縫寬度為0.14 mm，不滿足預應力混凝土梁規定的梁底不允許出現橫向裂縫的要求，該裂縫位于主梁跨中，應為主梁正彎矩裂縫;8道梁間濕接縫存在滲水、泛白現象。

2.2 檢測結果評定

依據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21-2011）有關橋梁技術狀況評定要求和注意事項，對該橋進行評定類別劃分，確定技術狀況，具體評定類別見表1。

根據運營階段公路橋梁技術狀況評定等級的有關規定，該橋上部結構技術狀況評定為3類。

3 結構計算分析

3.1 原結構受力驗算

3.1.1 計算參數

主梁混凝土等級為C40，高強鋼絲彈性模量為20 GPa，錨具變形回縮值為6 mm，波紋管摩阻系數選取0.17。

荷載組合一：1.2×恒載+1.4×汽-20;

荷載組合二：1.2×恒載+1.1×掛-100。

3.1.2 計算結果

（1）抗彎驗算

根據有限元模型計算得到不同荷載組合下主梁內力值。下頁表2為承載能力極限狀態主梁抗彎驗算結果。

（2）抗剪驗算

根據有限元模型計算得出不同荷載組合下的主梁內力值。表3為承載能力極限狀態主梁抗剪驗算結果。

根據以上驗算結果，原橋結構設計滿足規范要求。

3.2 舊橋驗算

根據檢測報告可知該橋總體技術狀況評定等級為3類，對該橋有橫向裂縫病害的主梁進行合理的折減，以評估其目前的承載能力。結合橋梁檢測評估結論，引入承載能力折減系數（含承載能力檢算系數Z1和承載能力惡化系數ξe，取值見表4），用以評估結構實際承載力相對設計結構承載力的削弱。根據規范要求，配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態的驗算結果，按式（1）進行計算評定：

γ0S≤R（fd，ζcαdc，ζsαds）Z1（1-ζe）（1）

根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》（JTG/T J21-2011），對舊橋進行折減，計算得到承載能力極限狀態主梁控制截面抗彎驗算結果見表5。

驗算結果顯示不滿足規程要求，部分梁體中出現橫向裂縫的主梁抗彎承載能力不足，存在安全隱患，需要加固處理。

3.3 病害成因分析

通過對該橋各類病害的統計分析，結合國內相關同類橋梁的病害分析資料可知，該橋主要病害產生的原因如下：

（1）預制箱梁底板縱向裂縫可能是由于預制箱梁養生期間內外溫差過大引起底板出現較大拉應力，加上縱向預應力泊松效應引起底板產生橫向拉應力，造成預制箱梁底板出現縱向裂縫。

（2）部分梁體可能因為施工質量等問題，表現出抗彎承載力不足的情況。

（3）交通量的增加、超載車的作用也是造成箱梁裂縫的重要原因。

4 維修加固方案

（1）當裂縫寬度<0.15 mm時，其對結構內部鋼筋銹蝕的影響較小，故僅對此類型裂縫進行表面封閉;當裂縫寬度>0.15 mm時，其對結構內部鋼筋銹蝕影響較大，對此類裂縫首先開設V槽，然后將V槽封閉并進行壓力灌漿處理。對于銹脹裂縫，將松動開裂的混凝土鑿去，再進行鋼筋表面除銹，用高性能復合水泥砂漿防護。

（2）全橋破損、露筋處先鑿除其表面疏松的混凝土，對暴露的鋼筋進行除銹后用高性能復合水泥砂漿修復。

（3）對經驗算承載能力不足的主梁，底板裂縫封閉后粘貼鋼板，恢復橋梁主受力結構承載能力。

（4）對有滲水的箱梁進行打孔排水，打孔位置按照箱梁一般構造進行。

選用Q345鋼板對主梁進行加固，提高抗彎承載能力。加固后承載能力按現行《公路橋梁加固設計規范》（JTG/T J22-2008）規定進行計算，借助有限元模型，考慮活載影響修正系數，分別計算組合一和組合二下的主梁內力，以驗算主梁加固效果。其截面加固計算結果如表6所示。

從表6計算結果可以看出，主梁加固后承載能力滿足規范要求，且有一定的安全儲備。

5 結語

（1）根據檢測報告可知，該橋梁上部結構技術狀況評定等級為3類。借助有限元模型，對維修加固前原設計和舊橋結構受力進行驗算，舊橋個別主梁抗彎承載能力不足，結構使用性能退化嚴重，存在較大運營安全隱患。

（2）當主梁承載能力不足時，采用底板封縫+粘貼縱向鋼板的形式進行加固處理。

（3）承載能力極限狀態下，加固改造處理后的主梁抗彎承載能力滿足設計規范要求，且安全系數均>1.2。

參考文獻

[1]姜明映.某特大橋下部結構病害靜載試驗與加固設計方案研究[J].公路交通科技（應用技術版），2020，16（7）：210-214.

[2]于繼書.鋼筋混凝土簡支矩形板橋檢測與加固設計研究[J].黑龍江交通科技，2019，42（7）：131-132.

[3]謝圣綱.某橋梁病害整治及加固設計[J].城市道橋與防洪，2018（8）：235-236，255.

收稿日期：2021-03-08

作者簡介：

迪麗薩爾·迪力夏提（1994—），助理工程師，主要從事道路橋梁設計工作。