兩跨曲線連續梁橋梁體偏移病害分析及加固探究

吳志昌

（廣深珠高速公路有限公司，廣東 東莞 523925）

一、橋梁概況

某高架橋總長443.87m，橋寬為0.5m（防撞墻）+0.5m（路緣帶）+3.5×2（機動車道）+0.35×2m（加寬）+0.5m（路緣帶）+0.5m（防撞墻）=9.7m。上部結構橋跨組合為：（21+21+25+24）+（30.5+46+26）+2×35+（38+46+32）+3×21。該橋8～9跨主梁為預應力混凝土連續箱梁，道路中心線彎曲半徑為80m；5～7跨、10～12跨主梁為連續鋼箱梁；其他跨主梁均為鋼筋混凝土連續箱梁。下部結構采用獨柱式墩，鉆孔灌注樁基礎。橋梁設計汽車荷載等級為公路-I級，于2009年9月建成通車。

二、主要病害

在日常養護檢測中發現，該橋8～9跨主梁存在梁體偏移、墩身開裂、支座偏移等病害，具體病害如下：10#墩小樁號側10-1#、10-2#支座橫向向左移位約6cm，該支座滑動量大于支座限值（50mm），10-1#支座四氟乙烯板外露。10#墩左側防震擋塊由于主梁移位導致混凝土被擠碎、露筋。10#墩頂伸縮縫在橋面右側沒有高差，在橋面左側混凝土箱梁一側比鋼箱梁一側低1.6cm。8#橋墩頂伸縮縫橋面左側，混凝土箱梁側伸縮縫比鋼箱梁側伸縮縫低1.6cm；橋面右側混凝土箱梁側伸縮縫相比鋼箱梁側伸縮縫高1.3cm。9#橋墩墩柱右側面距地面1.5m往上、間隔50cm左右有半環向裂縫，共計6條，裂縫最大寬度0.22mm。10#橋墩墩柱右側面距地面2m以上到花瓶墩變截面處，間隔30cm～50cm有半環向裂縫，裂縫寬度介于0.12mm～0.20mm。水平向裂縫均不同程度向墩身大小樁號側面延伸，延伸長度介于60cm～100cm之間。梁體腹板、底板存在不同程度的開裂現象。

后期橋梁管養單位對該匝道橋進行了6個月的持續觀測，梁體移位狀態未見明顯發展。

三、計算分析

（一）有限元模型

采用MIDAS CIVIL計算分析程序建立該匝道橋空間梁單元模型，如圖1所示。全橋共計87個單元，138個節點。

（二）計算分析結果

1.梁端位移分析

計算參數參照設計圖紙及設計規范取值。計算模型考慮恒載產生的附加扭矩，雙向滑動支座的四氟乙烯板與不銹鋼板的摩擦系數。假定橋梁施工時溫度為15℃，考慮季節性溫度變化，升溫25℃，降溫15℃。僅計相鄰聯橋跨恒載對8#或10#墩的影響，其他參數采用設計參數。主要計算分析結果如表1所示。

表1 10#墩頂小樁號側支座摩擦力

從上述分析結果可知，在恒載作用下，當梁體溫度升高不大時，梁體不會發生橫向偏移。汽車的離心力與整體氣溫升高均使梁端產生向外橫向偏移的運動趨勢，且隨著溫度的升高，橫向向外的運動趨勢將更加顯著。在汽車荷載工況相同時，整體降溫作用下梁體產生的滑動力明顯小于整體升溫作用下的梁體滑動力，且小于支座的有效摩阻力。季節性溫差的循環變化使已出現的梁體橫向移位不一定能完全復位。

綜上所述，在汽車荷載偏載、離心力及整體升溫作用下，梁端存在橫向向外滑移的可能。且隨季節性溫差的變化，梁端的橫向移位不一定能完全復位。

1.墩身裂縫分析

表1中工況6（自重+雙車道偏載+離心力+整體升溫25℃）的條件下，梁端將出現橫向移位，在此工況下，9#、10#墩下部的右側結構應力計算結果如表2所示。

由表2結果可知：工況6作用下，9#、10#墩在承臺以上約5m約范圍內，墩身右側應力均超過了混凝土抗拉強度設計值。

四、處治建議

由分析結果可知：該橋的相關病害主要是由于梁體橫向移位后不能復位，導致支座移位、伸縮縫拉開錯位、擋塊破碎，同時梁體移位導致墩頂受到較大的附加橫向水平力，造成墩身側面拉應力超限而開裂。由此可見，梁體的橫向超限移位且不能復位是上述病害的根本。

因此結合前述分析結果，建議該橋的處治措施如下：對10#墩頂梁體進行反向頂推，進行復位，改善主梁及墩身的不利受力狀態；在梁體橫向復位后，建議將8#、10#墩頂混凝土箱梁側內側支座更換為抗拉型的GPZ(II)3SX支座，支座的縱橋向位移滿足±100mm，橫向位移滿足±50mm，支座的抗拉力應至少250kN；對于10#墩頂已碎裂的梁底擋塊進行鑿除，更換為鋼擋塊；綜合考慮受力、耐久性、美觀性性能。對開裂較重的9#、10#墩進行外包混凝土增大截面的方式處治；對結構既有裂縫按照縫寬大小分別采用封閉或注膠方式處治。

五、結語

本文針對連續梁橋支座脫空及梁端橫移等病害，建立了空間有限元模型。各種工況組合計算分析結果表明，極端情況下梁端產生橫向爬移效應。針對上述病害及分析結果，提出了梁體頂推復位、更換支座、墩身外包鋼筋混凝土等處治建議。