箱梁超方調查研究

高小華 林新元 牛平霞

從20世紀70年代開始,中國公路上開始修建大跨度預應力混凝土箱梁橋,進入20世紀80年代后,預應力混凝土連續箱梁橋和預應力混凝土箱梁連續剛構橋得到了迅猛發展,現已成為中國大跨度橋梁的主要橋型之一。

在美國等發達國家,預應力混凝土箱梁橋使用很成功,結構的缺陷率也較低。文獻[1]中的數據表明,美國各類公路預應力混凝土橋梁的缺陷率僅為3.3%～6.6%,但是中國建造的預應力混凝土連續箱梁橋在竣工之后,短則 3年,多則5年～6年,大跨度預應力混凝土箱梁橋無一例外地會出現開裂現象,具有明顯的普遍性,這其中以20世紀90年代修建的橋梁開裂最為嚴重,小于100 m和大于150 m的箱梁橋相對其他跨度開裂程度也較重,橋型間的開裂沒有本質的區別[2]。為此,中國學者、工程技術人員對此進行了研究。目前的研究是根據一些預應力混凝土連續梁出現裂縫形態及其他病害的情況,采用結構分析方法來說明裂縫原因,對箱梁使用性能和承載能力進行推測分析。但是,這些研究都只能建立在箱梁的原設計圖紙、常規施工工藝、常用材料基礎上,對施工中許多構件尺寸及施工質量偏差沒有加以考慮,無法了解較真實的預應力混凝土箱梁建成后的內在質量,因而難以全面對預應力混凝土連續箱梁的結構性能進行分析研究,導致對產生結構病害的原因有一些偏差。

雖然各國規范一般都對混凝土超方進行了限定,以避免過量超方顯著影響結構的自重作用效應,但實際有關箱梁混凝土超方率尚缺乏有指導價值的統計資料,設計計算中無法準確考慮混凝土超方對結構應力狀態和變形的影響[3]。筆者對某高速公路中的3座橋梁在拆除過程中的節段尺寸進行調查分析,調查統計箱梁混凝土的超方率、混凝土保護層厚度及孔道灌漿質量的真實數據,其成果對公路預應力混凝土箱梁開裂的相關研究提供了一定的依據。

1 現場調查和統計方法

對于截面尺寸的測量,測量點見圖1。由測試截面的實測尺寸得到計算面積,與相應位置箱梁截面的設計面積進行比較,判斷箱梁的混凝土超方或者少方。實際測量箱梁截面時,由于現澆混凝土鋪裝層未預先去除,實際測量的箱梁頂板厚度包括了現澆混凝土鋪裝層的厚度。統計混凝土超方或者少方時,由于只測量了部分截面尺寸并得到實際的面積,所以假定在箱梁節段兩個測試截面之間截面的實際面積與測試截面相同。具體圖示見圖2。

圖2中如果只測試得到節段的一個截面,則該節段的超方量統計按照一個截面的面積超過設計面積的水平計算,如果兩個截面均測試得到,則該節段的超方量計算分別按照每個截面的面積超過設計面積的和取平均值計算。

為了對混凝土超方原因進行分析,進一步將箱梁截面的尺寸分為頂板厚度、底板厚度和腹板厚度分別與設計值進行對比。進行箱梁截面實際測量時,由于箱梁拆除時,現澆混凝土鋪裝層未預先去除,所以測得的頂板厚度包括了現澆混凝土鋪裝層的厚度。

對單箱雙室箱梁分頂板、底板和腹板分別進行實測尺寸和設計尺寸的對比,其中腹板厚度取兩個腹板厚度的平均值。

表1 箱梁節段混凝土超方調查結果

表2 箱梁截面不同位置的尺寸和設計圖的對比

2 箱梁拆除與現場調查

對中跨、邊跨箱梁各拆除節段進行了詳細調查,調查了11個拆除下來的箱梁。箱梁截面尺寸調查結果和箱梁混凝土的超方有密切聯系。大橋箱梁切割了翼緣板后,再切割主箱,因而截面尺寸調查中不包括翼緣板已切割掉的部分。現場量測后整理的箱梁節段截面結果與設計尺寸得到的結果比較見表1。

由表1可見,編號為SZ5梁段的混凝土超方量最大達到了17.38%,此節段正處于中跨箱梁的1/4跨處附近,編號SZ6梁段的混凝土超方量最小,也達到10%。已調查的箱梁總體的混凝土超方量較大,達到14.14%。

表3 箱梁截面不同位置的尺寸和設計圖的對比

為了進一步分析超方原因,將箱梁截面不同位置的調查尺寸和設計圖紙進行了比較。詳細結果見表2～表4。表2～表4中的頂板厚度包括混凝土現澆層的厚度。

表4 箱梁截面不同位置的尺寸和設計圖的對比

從表2～表4可以看到,大橋箱梁的混凝土超方以頂板厚度超過設計值最大,達到20.43%,底板的尺寸和設計值相比超過的比例最小,但是也達到9.72%。

3 結語

1)基于舊橋拆除工程,提出現場測試箱梁超方的工程措施。2)對于本文箱梁,大橋箱梁的混凝土超方以頂板厚度超過設計值最大,達到20.43%,底板的尺寸和設計值相比超過的比例最小,但是也達到9.72%。本文結果對我國其余同類型的箱梁病害成因分析具有一定的參考價值。

[1] 周 履.美國各類公路橋梁的結構缺陷率及使用壽命期望值的統計數據(1950～1994)[J].國外橋梁,1999(3):37.

[2] 王國亮,謝 峻,傅宇方.在用大跨度預應力混凝土箱梁橋裂縫調查研究[J].公路交通科技,2008,25(8):52-56.

[3] 謝 峻,王國亮,鄭曉華.大跨徑預應力混凝土箱梁橋長期下撓問題的研究現狀[J].公路交通科技,2007,24(1):47-50.