預應力混凝土連續箱梁加寬改造后安全評估

陳韻，劉伯奇

(1.廣東省佛開高速公路有限公司，廣東廣州528231;2.中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

預應力混凝土連續箱梁加寬改造后安全評估

陳韻1，劉伯奇2

(1.廣東省佛開高速公路有限公司，廣東廣州528231;2.中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

隨著部分高速公路進行加寬改造工作，位于加寬改造區段的已建橋梁的荷載等級相應提高，同時由于經過多年運營，部分橋梁已出現嚴重病害，因此須對此類橋梁重新進行安全評估。本文以廣佛高速公路上一座加寬改造后的預應力混凝土連續箱梁為例，采用橋梁博士軟件，按新舊規范分別對橋梁進行結構承載能力檢算;通過靜載試驗及針對結構病害的專項測試，對橋梁結構的工作狀態和承載能力進行綜合評估;最后根據計算及實測結果對該橋提出相應的管養建議。此方法可為同類橋梁的安全評估提供借鑒。

預應力混凝土連續箱梁 安全評估 加寬改造

1 工程概況

廣佛高速公路全程為全封閉互通立交，原設計為雙向四車道，設計時速為120 km/h，橋梁設計荷載等級為汽—超20，掛—120，于1996年12月投入通車。隨著交通量的不斷增加，于2009年起對K0～K46段進行了加寬改造，加寬為雙向八車道，加寬改造后橋梁設計荷載等級為公路Ⅰ級。

謝邊立交跨線橋位于該加寬區段，該橋主橋為(50+100+160+160+100+50)m變截面預應力混凝土連續箱梁，采用懸拼施工，箱梁節段之間拼接縫采用環氧水泥進行粘結，部分節段為現澆的濕接縫。該橋采用三向預應力體系，縱向及橫向預應力束采用高強度鋼絞線，豎向預應力束采用直徑32 mm的精軋螺紋鋼筋。橋型及跨徑布置如圖1所示。該橋采用的加寬改造方式為利用既有四車道橋梁改為單向通行，在橋址附近新建四車道橋梁作為另一方向通行。該橋在加寬改造之前的主要結構性病害是在20#，21#，25#，26#墩頂附近梁體腹板處存在斜向開裂，裂縫大致呈45°方向，裂縫寬度介于0.08～0.20 mm之間。

圖1 橋型及跨徑布置示意(單位:m)

2 結構承載能力檢算

根據相關的新舊規范［1-4］，分別對既有橋梁進行結構承載能力檢算。采用橋梁博士軟件，將全橋共分為224個單元，225個結點，模擬施工過程建立了27個施工步驟。

1)按85規范檢算，結構各項指標滿足規范要求。

2)按2004規范檢算結果如下:

①抗彎承載能力極限狀態滿足規范要求;抗剪承載能力極限狀態檢算顯示墩頂附近和L/4附近截面不能滿足規范要求。

②在短期效應組合下，除20#墩頂及26#墩頂梁體上緣拉應力較大(分別為3.58 MP和3.12 MPa)，不滿足2004規范要求外，其它部位梁體混凝土法向拉應力均滿足2004規范要求;在短期效應組合下，除20#，21#，25#和26#墩頂附近梁體出現主拉應力偏大外(3.16 MPa)，其它部位均滿足2004規范。

③在標準組合下，梁體最大主壓應力為22.89 MPa，不滿足2004規范要求。

④長期效應組合下，梁體各截面邊緣混凝土法向拉應力滿足2004規范要求;標準組合下，梁體上緣最大壓應力為20.49 MPa，下緣最大壓應力為15.71 MPa，均不滿足2004規范要求。

檢算結果顯示，2004規范下墩頂位置及L/4附近截面抗剪承載力不滿足要求，邊墩、次邊墩墩頂附近截面主拉應力不滿足規范要求，這與該橋墩頂附近腹板斜裂縫位置有對應關系。

3 橋梁靜載試驗

根據連續梁橋受力特點，選擇結構主要控制截面進行靜載試驗，同時針對結構病害進行專項測試，了解測試截面在試驗荷載下的應變分布及變形，評定結構的工作狀態和承載能力。對于該橋承載能力主要測試截面有:次邊跨最大正彎矩截面(A截面)、墩頂最大負彎矩截面(B截面)、中跨最大正彎矩截面(C，D截面，其中D截面作為C截面的對比截面只測試撓度);針對病害專項測試主要為斜裂縫專項測試(E，F截面)。測試截面分布如圖2所示。

圖2 測試截面分布(單位:m)

該橋原設計荷載為汽—超20、掛—120，改擴建橋設計荷載為公路Ⅰ級，因此，本次荷載試驗將對兩種荷載等級同時計算，以設計荷載較大者為試驗控制值，試驗過程中加載分級將加密以確保試驗過程中結構的安全。各測試截面最大級試驗荷載加載效率見表1。

表1 各測試截面加載效率一覽表

3.1 承載能力測試結果

3.1.1 撓度測試結果

撓度測試分別針對A，C，D截面進行，從實測數據來看，各測點的卸載殘余撓度較小，相對殘余均滿足《公路橋梁承載能力檢測評定規程》［5］的要求(＜20%)，說明結構在試驗荷載作用下整體處于彈性工作狀態。表2中給出了最大級荷載作用下A，C，D截面撓度測試結果。

由表2中數據可知，A，C，D截面實測結果均滿足《評定規程》中校驗系數ζ≤1，撓跨比＜1/600的要求，即結構剛度滿足規范要求。此外，C，D截面實測撓度值較為接近，說明結構的對稱性較好。

表2 最大級荷載作用下A，C，D截面撓度測試結果

3.1.2 應力測試結果

從各測試截面實測應變可知，各測點的卸載殘余應變均較小，除絕對值較小點外，其余各測點相對殘余均滿足試驗規范的要求(＜20%)，說明截面變形處于彈性狀態。表3中給出了最大級荷載作用下A，B，C截面應變測試結果，圖3、圖4為A，C截面實測應變沿截面高度分布。

表3 最大級荷載作用下A，B，C截面應變測試結果

圖3 A截面實測應變沿截面高度分布

從表3及圖3、圖4可知:

①A～C截面，內外側腹板實測應變沿截面高度呈較好的線性分布關系，說明截面變形基本符合平截面假定;兩側腹板中性軸的實測平均高度均高于理論值，說明橋面鋪裝和防撞墻等參與了結構受力。

②最大級試驗荷載作用下應變校驗系數滿足《評定規程》中校驗系數ζ≤1的要求。

③各級試驗荷載作用下，截面受拉緣測點應變分布均勻，沒有畸變和退化現象，說明結構抗裂性滿足要求。

綜上所述，A～C截面在試驗荷載作用下，受力狀態正常。

3.2 斜裂縫專項測試結果

E，F截面為斜裂縫截面，截面測點跨斜裂縫布置，測點布置如圖5所示。

由斜裂縫的實測應變可知，各測點的卸載殘余應變較小，相對殘余均滿足試驗規范要求(＜20%)，這說明卸載后裂縫寬度基本能夠恢復到原狀態;實測結果表明，在試驗荷載作用下，E截面斜向裂縫的最大擴展為100×10－6×150 mm=0.015 mm(E6測點);F截面兩條斜向裂縫的最大擴展分別為99×10－6×150 mm= 0.015 mm(F6測點)、106×10－6×150 mm=0.016 mm (F1測點)，裂縫擴展量不大，但呈現出裂縫尖端的實測應變數值相對較大的規律，這說明在荷載作用下裂縫處于活躍狀態，裂縫存在進一步發展的趨勢。

圖4 C截面實測應變沿截面高度分布

圖5 斜裂縫專項測試測點布置

4 結論

1)結構承載能力檢算結果顯示，2004規范下墩頂位置及L/4附近截面抗剪承載力不能滿足要求，邊墩、次邊墩墩頂附近截面主拉應力不能滿足規范要求，這與該橋斜裂縫位置有一定對應關系。

2)荷載試驗結果表明，該橋梁體受力基本能夠滿足公路Ⅰ級荷載的正常使用要求。

3)荷載試驗對斜裂縫測試結果顯示，跨裂縫測點應變值不大，且從近幾年的檢測報告分析，裂縫狀態穩定，未繼續發展，說明結構在目前的運營荷載下狀態基本穩定。但值得注意的是，運營荷載的增大及超載車的作用可能會引起斜裂縫的發展，導致預應力損失和梁體下撓等病害出現，故建議對該類裂縫予以密切關注，若發現裂縫發展應及時進行加固處理。

4)本次未對下部結構進行檢測，考慮到該橋墩柱高度較大，建議對水中樁基加強定期檢測工作。

［1］中華人民共和國交通部.JTJ 021—89公路橋涵設計通用規范［S］.北京:人民交通出版社，1989.

［2］中華人民共和國交通部.JTG D60—2004公路橋涵設計通用規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］中華人民共和國交通部.JTJ 023—85公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京:人民交通出版社，1989.

［4］中華人民共和國交通部.JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［5］中華人民共和國交通部.JTG/T J21—2011公路橋梁承載能力檢測評定規程［S］.北京:人民交通出版社，2011.

(責任審編周彥彥)

U448.21+3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.07

1003-1995(2015)06-0024-03

2014-12-15;

2015-02-03

陳韻(1971—)，女，廣東化州人，技術員。