新型組合橋面板在舊橋加固中的應(yīng)用

摘要：以橋梁橋面板病害處治設(shè)計為主要研究內(nèi)容，對舊橋橋面板出現(xiàn)的病害原因做分析，通過多種處治方案的比較，選擇采用新型組合橋面結(jié)構(gòu)作為維修加固橋面板，該類橋面板優(yōu)點(diǎn)較多，不增加二期恒載下達(dá)到維修加固目的，同時便于施工質(zhì)量控制及快速化施工，對該類橋梁病害處治提供一定借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：舊橋; 新型組合; 維修加固

中國分類號：U445.7+1B

［定稿日期］2022-08-12

［作者簡介］彭世恩（1980—），男，碩士，高級工程師，從事大跨橋梁和舊橋維修加固設(shè)計工作。

0 引言

橋面板是橋梁結(jié)構(gòu)中直接承受車輛輪壓的結(jié)構(gòu)，將車輛荷載傳遞給主梁及下部承重結(jié)構(gòu)，常見橋面板多為鋼筋混凝土構(gòu)造。隨著橋梁服役時間的增加，橋面板出現(xiàn)病害的幾率較大，其損壞將直接影響車輛通行，危及橋梁整體壽命。

公路橋梁早期建設(shè)的橫置橋面板，由于材料老化、局部結(jié)構(gòu)受損，加之車輛荷載提升和外部環(huán)境變化等等因素影響，已進(jìn)入了加固維修周期［2］。常規(guī)方式通常鋼筋混凝土橋面板進(jìn)行復(fù)制替換，該種方案不僅自重大、施工工期長、對周邊的交通影響大，結(jié)構(gòu)承載力也較難有大的提升以滿足現(xiàn)階段車輛荷載要求。維修加固后橋面板耐久性也較差，病害可能反復(fù)出現(xiàn)，對橋梁后期管養(yǎng)和道路保通造成極大困難，所以對于該類橋梁的維修病害處治，急需尋找一種新型橋面板解決該類病害。

1 工程概況

該橋大橋上跨四川境內(nèi)的嘉陵江，上部結(jié)構(gòu)為8×10.0 m（剛架梁）+2×72.0 m（鋼筋混凝土箱形雙肋拱）+2×130.0 m（主跨為鋼筋混凝土箱形雙肋拱）+1×72.0 m（邊跨為鋼筋混凝土箱形雙肋拱）+2×7.5 m（剛架梁），橋面橫向布置為0.2 m（欄桿）+2.0 m（人行道）+9.0 m（行車道）+2.0 m（人行道）+0.2 m（欄桿），下部結(jié)構(gòu)為重力式墩臺，擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋梁全長609.0 m，橋梁于1993年建成通車。該橋橋面采用的橫置鋼筋混凝土小T梁，采用為1.0 m寬的預(yù)制橋面板，頂板厚為10 cm，腹板厚度為16 cm，橋面為鋼筋混凝土鋪裝。橋梁現(xiàn)狀照片如圖1、圖2所示。

2 該橋梁主要病害及原因分析

2.1 主要病害

主橋和引橋上部多處橋面板出現(xiàn)嚴(yán)重剪切貫穿裂縫，T梁肋板斜向開裂，縱向鋼筋外漏有屈服現(xiàn)象，翼緣板壓碎破裂，支承處混凝土剝落，橋面板橫向連接普遍失效；橋面鋪裝在橋面板翼緣板鉸縫處上方附近普遍存在橫向貫穿裂縫，主要病害如圖3～圖6所示。

2.2 最近的檢測結(jié)果

全橋的上部結(jié)構(gòu)部分存在重大病害，有較大安全風(fēng)險，總體技術(shù)狀況評定4類，需進(jìn)行交通管制，及時大修和改造。

2.3 病害原因分析

橋面部分的原因為年久失修，原T梁的橫向連接鋼板完全失效，在車輛的荷載沖擊作用下，T梁的跨中變形較大，導(dǎo)致橋面的不平順后增加相應(yīng)沖擊力，導(dǎo)致原橫向擱置T梁接縫處裂縫全面發(fā)展，最終出現(xiàn)單板受力現(xiàn)象，使橋面結(jié)構(gòu)不能滿足其承載力要求。同時現(xiàn)階段超重車遠(yuǎn)超原設(shè)計荷載，T梁的承載能力不能滿足技術(shù)規(guī)范要求，導(dǎo)致此類病害發(fā)生。

3 橋梁維修加固方案

通過該橋的病害原因分析，該橋的主拱結(jié)構(gòu)整體完好，僅上部結(jié)構(gòu)的橋面板存在較大病害，根據(jù)橋梁橋面板的病害嚴(yán)重程度，前期提出了采用常規(guī)的增大截面、體外預(yù)應(yīng)力和黏貼鋼板或纖維布均不能到達(dá)病害根治的效果。最終討論決定采用對原橋面板更換加固設(shè)計，方案階段提出了對上部結(jié)構(gòu)橋面板的幾種維修加固方案。

3.1 方案一

將橋面板全部更換為新型的鋼混組合橋面板，在不增加橋梁全部恒載情況下對全橋的縱梁和橋面板進(jìn)行更換，達(dá)到徹底消除橋梁結(jié)構(gòu)安全隱患的目的。采用的鋼混組合橋面板方案橫斷面如圖7所示。

3.2 方案二

利用加強(qiáng)的鋼筋混凝土小T梁更換原有T梁，對新?lián)Q小T梁在結(jié)構(gòu)上增加馬蹄部分和增加翼緣板厚度，連接形式上采用現(xiàn)澆濕接縫增加橋面板的整體性，達(dá)到受力良好、增加其T梁剛度的目的。同時對全橋的橋面鋪裝重新加強(qiáng)鋪筑，使上部T梁能夠滿足整體受力。橫斷面布置如圖8所示。

3.3 方案三

將橋面結(jié)構(gòu)更換為全鋼結(jié)構(gòu)的正交異性板的全鋼板梁，此方案整體上不不增加額外結(jié)構(gòu)恒載，滿足結(jié)構(gòu)的受力要求。橋面橫斷面布置如圖9所示。

根據(jù)以上3種可行的方案，對這幾種方案做必要分析和優(yōu)缺點(diǎn)比較，結(jié)果如表1所示。

通過對比后，在工程造價可控、施工方便容易、施工時間短等因素的綜合比較下，最終選擇方案一鋼混組合橋面板作為施工方案。

最終本橋采用的鋼混組合橋面板結(jié)構(gòu)尺寸：橋面板總高60 cm，橫向擱置的橋面板橫梁高474～430 mm，形成1%的雙向橫坡，上、下翼緣板厚為18 mm，寬為250 mm，橫梁腹板厚度為14 mm，腹板采用“1”字形加勁肋，厚為12 mm，高施工方法：鋼-混凝土組合板中鋼縱橫梁節(jié)段、PBL鍵、剪力釘為工廠預(yù)制，現(xiàn)場節(jié)段拼裝，分段吊裝，現(xiàn)澆橋面混凝土鋪裝（圖10、圖11）。

4 鋼混組合新型橋面板全面分析研究

這種鋼板和混凝土結(jié)構(gòu)通過剪力連接件連接在一起的組合結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了2種材料優(yōu)點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)有較高的抗剪強(qiáng)度，較大的跨越能力和良好的力學(xué)性能。此種結(jié)構(gòu)可用于橋梁上部橋面板具有幾個特點(diǎn)：

（1）充分發(fā)揮了鋼材抗拉強(qiáng)度高，混凝土高強(qiáng)抗壓能力的材料特性。同時2種材料協(xié)同工作，彌補(bǔ)了各自的缺點(diǎn)：混凝土板抑制了鋼板的平面外屈曲失穩(wěn)問題，鋼板作為底板充分發(fā)揮了鋼材的受拉性能，有效抑制了混凝土的開裂，提高了結(jié)構(gòu)的使用性能。

（2）節(jié)省材料。由于混凝土材料和鋼材的共同工作，節(jié)約了混凝土和鋼材的用量。

（3）增大了梁的截面剛度，由于底面鋼板參與工作，使鋼板-混凝土組合橋面板的計算截面比普通混凝土板大，可以減少主梁的撓度。

（4）新型組合橋面板可以利用安裝好的鋼板作底模，現(xiàn)澆混凝土，從而節(jié)省施工用的模版材料，加快施工進(jìn)度。

采用新型組合橋面對舊橋橋面板更換方式，從已加固橋梁使用效果看，后期運(yùn)營階段效果好，不僅能夠消除病害，提高橋面結(jié)構(gòu)承載能力，同時改善行車舒適性，可知采用新型組合橋面板是合理的、可行的。此類橋面板具有較高的推廣價值，在原有橋面板改造更換時使用鋼混組合橋面板有極大的市場使用前景，該類新型結(jié)構(gòu)是我國近年來開發(fā)的一種新型橋面板，并在大型橋梁的橋面結(jié)構(gòu)系和城市立交橋中推廣應(yīng)用［1］。

5 結(jié)論

本文通過對跨域嘉陵江上的鋼混混凝土肋拱橋的維修加固處治為背景，針對該橋橋面板的病害處治為主要研究內(nèi)容，對橋面板出現(xiàn)的病害原因做分析，提出了3種橋面板的處治方案，結(jié)果對3種方案的對比分析，最終選擇采用鋼混組合的新型組合結(jié)構(gòu)，同時總結(jié)了該類橋面板的諸多優(yōu)點(diǎn)，如剛度大、承載能力高、重量輕、施工方便、經(jīng)濟(jì)性好。同時圍繞交通運(yùn)輸部《公路危舊橋梁改造行動方案》，在危舊橋梁改造中推廣應(yīng)用該類新型組合橋面結(jié)構(gòu)，能夠為此類橋梁橋面板加固維修中為設(shè)計和施工提供一定參考。

參考文獻(xiàn)

［1］ 曹火勇、彭世恩 .鋼管混凝土拱橋的維修加固技術(shù)探討［J］. 四川建材，2022， 48（5）： 182.

［2］ 鄭遠(yuǎn)鵠，李美軍，李本偉，等.四川橫置橋面板肋拱橋加固設(shè)計概述［J］. 西南公路，2003（4）： 30.