體外預(yù)應(yīng)力加固簡(jiǎn)支T梁橋提載效果分析

毛 敏，郭文龍，呂立寧

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

運(yùn)營中的橋梁不但受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，還要承受風(fēng)、地震、車輛等自然環(huán)境和人為因素的作用，同時(shí)橋梁所采用材料的自身性能也會(huì)不斷退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分不同程度的損傷和劣化；再加上設(shè)計(jì)規(guī)范和理論的不完善、施工質(zhì)量問題以及運(yùn)營交通量劇增、車輛超載等多方面的原因，目前相當(dāng)數(shù)量的橋梁已提前發(fā)生損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)退化，甚至出現(xiàn)安全問題，這就涉及到橋梁加固。另外還有相當(dāng)一部分的橋梁涉及到路網(wǎng)升級(jí)，公路等級(jí)提高，這使得原有橋梁的承載能力不能滿足要求，需要提載加固。

目前橋梁加固方法有增大截面法、粘貼鋼板加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)體系加固法等[1]。其中，體外預(yù)應(yīng)力加固屬于主動(dòng)加固，加固效果最為顯著[2]。體外預(yù)應(yīng)力鋼束具有布置靈活、受力明確、安全可靠，施工過程無需中斷交通等優(yōu)點(diǎn)；特別是體外預(yù)應(yīng)力在后期結(jié)構(gòu)運(yùn)營過程中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絞線進(jìn)行二次張拉或換索，這些優(yōu)勢(shì)是其他加固方法所無法比擬的[3]。

1 工程概況

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)形式

橋梁全長144.2 m，橋面單幅寬度為1.75 m(人行道)＋9 m（行車道）＋1.75 m（中央分隔帶）。上部結(jié)構(gòu)為7×20 m鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁，橫向布置5片T梁；下部結(jié)構(gòu)為雙柱式墩、柱式臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁總體布置圖、斷面圖分別見圖1、圖2。原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：汽車-20級(jí)，掛車-100。因車流量增大、路網(wǎng)升級(jí)等原因，需要將荷載等級(jí)提高到公路-Ⅰ級(jí)。

圖1 橋梁總體布置圖（單位：cm）

圖2 橋梁斷面圖（單位：cm）

1.2 橋梁提載加固前檢測(cè)結(jié)果

提載加固前首先對(duì)原橋進(jìn)行檢測(cè)，了解橋梁目前的運(yùn)營狀況；然后選取部分試驗(yàn)跨進(jìn)行荷載試驗(yàn)，評(píng)估橋梁的受力性能。

1.2.1 橋梁病害檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，橋梁主要病害如下。

a）上部結(jié)構(gòu) 腹板有大量豎向裂縫，主要分布于各跨L/8～7L/8之間，間距30～50 cm，豎向裂縫從梁底向上延伸40～60 cm不等，裂縫寬度一般在0.05～0.2 mm之間。第四跨1號(hào)邊梁L/2處有1條豎向裂縫從梁底延伸至翼板根部，縫寬0.5 mm。濕接縫滲水、侵蝕嚴(yán)重；混凝土局部剝落、露筋。部分T梁翼板邊緣雨水侵蝕并伴有白華；大部分橫隔板焊接鋼板松動(dòng)。

b）附屬設(shè)施 橋面凹凸不平、有多處龜裂和坑槽，第六跨橋面從5號(hào)墩到3L/4范圍有2道2～5 mm寬的縱向裂縫。橋面連續(xù)處均已開裂。部分欄桿破損、銹蝕嚴(yán)重，人行道存在嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。泄水孔有不同程度的滲水，泄水管銹蝕嚴(yán)重，部分支座被填埋。主要典型病害見圖3。

圖3 橋梁典型病害

1.2.2 橋梁荷載試驗(yàn)結(jié)果

2011年8月進(jìn)行荷載試驗(yàn)（加固前），加載采用汽車-20級(jí)，掛車-100標(biāo)準(zhǔn)加載，加載荷載效率為：跨中正彎94.0%、支點(diǎn)剪力94.0%。荷載試驗(yàn)結(jié)果表明：原橋的抗彎強(qiáng)度及抗彎剛度基本能滿足原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)（汽車-20級(jí)，掛車-100）的要求，但安全儲(chǔ)備不足。

1.2.3 主要病害原因分析

該橋原設(shè)計(jì)為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計(jì)梁體允許開裂。但由于該橋車流量大且重載車輛密集，在大流量、密集重載車輛的反復(fù)作用下，造成部分裂縫寬度超出了設(shè)計(jì)允許值，梁體承載能力下降。

預(yù)制橫隔板之間僅采用一道6 cm寬的鋼板焊接，橫向聯(lián)系較弱。在汽車荷載的反復(fù)作用下，大部分焊接鋼板已松動(dòng)。這導(dǎo)致部分主梁“單梁受力”，使得單梁承受荷載過大，長期處于超設(shè)計(jì)荷載狀態(tài)，惡化橋梁受力狀況。橋面鋪裝破損，也加速病害的發(fā)展。

2 提載加固設(shè)計(jì)總體方案

根據(jù)橋梁病害調(diào)查、加固前荷載試驗(yàn)報(bào)告、提載等級(jí)以及理論計(jì)算，制定如下體外預(yù)應(yīng)力加固方案：a）拆除橋面鋪裝并鑿除縱向濕接縫。b）處治梁體病害。c）每片T梁腹板兩側(cè)各張拉一束3-φS15.2的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，支點(diǎn)附近豎向粘貼雙層Ⅲ型碳纖維布。d）用鋼板加強(qiáng)橫隔板聯(lián)系，現(xiàn)澆縱向濕接縫。e）澆筑12 cm厚雙層鋼筋網(wǎng)混凝土橋面。

加固設(shè)計(jì)方案圖見圖4，加固后的實(shí)橋效果見圖5。

圖4 加固設(shè)計(jì)方案圖

圖5 實(shí)橋加固效果圖

3 提載加固效果驗(yàn)證

3.1 加固后荷載試驗(yàn)結(jié)果

2014年3月完成了提載加固后的荷載試驗(yàn)，本次加載采用公路-Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)加載，加載荷載效率為：跨中正彎99.3%、支點(diǎn)剪力104.1%。試驗(yàn)結(jié)果如下。

由各主要控制測(cè)試斷面混凝土正應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)表可以看出，加固后正應(yīng)力的上緣校驗(yàn)系數(shù)主要集中在0.51～0.65范圍內(nèi)，下緣平均校驗(yàn)系數(shù)集中在0.51～0.59范圍內(nèi)，表明試驗(yàn)跨主梁現(xiàn)有的抗彎強(qiáng)度能夠滿足加固設(shè)計(jì)要求。各主梁控制測(cè)試斷面混凝土正應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)見表1。

表1 各主要控制測(cè)試斷面混凝土正應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)表（加固后）

由各主要控制測(cè)點(diǎn)撓度校驗(yàn)系數(shù)表可以看出，加固后撓度值的校驗(yàn)系數(shù)主要集中在0.54～0.63范圍內(nèi)，平均校驗(yàn)系數(shù)集中在0.55～0.65范圍內(nèi)，表明試驗(yàn)跨主梁現(xiàn)有的抗彎剛度能夠滿足加固設(shè)計(jì)要求。各主要控制斷面撓度校驗(yàn)系數(shù)見表2。

表2 各主要控制斷面撓度校驗(yàn)系數(shù)表（加固后）

3.2 加固前后荷載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

為了直觀評(píng)估加固效果，2014年3月荷載試驗(yàn)加載2的荷載效應(yīng)和2011年8月荷載試驗(yàn)加載2荷載效應(yīng)相當(dāng)。通過對(duì)比加固前后結(jié)構(gòu)響應(yīng)可知，加固后相同荷載效應(yīng)作用下結(jié)構(gòu)控制斷面下緣應(yīng)變降低值主要集中在14%～33%，3～5號(hào)梁平均降低16%～31%；結(jié)構(gòu)控制斷面撓度降低值主要集中在25%～36%，3～5號(hào)梁平均降低21%～38%，加固效果明顯。加固前后應(yīng)變、撓度對(duì)比見表3、表4。

表3 加固前后L/2測(cè)試斷面混凝土下緣應(yīng)變對(duì)比表

4 結(jié)語

通過加固前后荷載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比情況分析：體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)提載效果明顯，在舊橋加固、提載改造方面具有良好的應(yīng)用前景。