裝配式預應力混凝土箱梁病害成因分析及處理措施

賈 磊 惠 丕

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

裝配式預應力混凝土箱梁病害成因分析及處理措施

賈 磊 惠 丕

(中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075)

以裝配式預應力混凝土箱梁病害為研究對象，分析了該病害的主要表現(xiàn)形式及其形成原因，并制定了具體的維修加固措施，經實例驗證，獲得了良好的加固效果，為類似橋梁結構的病害處置積累了經驗。

箱梁，病害，加固措施，預應力碳板

1 概述

裝配式預應力混凝土箱梁橋20世紀80年代末出現(xiàn)并應用于橋梁建設，并于90年代在國內高速公路建設過程中成為我國高速公路建設的首選橋型。近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展，超重、超載車輛不斷增多，多數裝配式預應力混凝土箱梁出現(xiàn)不同程度的損傷和退化，影響結構的安全運營，因此對該類橋梁結構的病害分析及加固技術的研究是必要的。本文針對目前裝配式預應力混凝土箱梁的普遍病害進行分析，提出具有針對性的加固措施，并對某座實際橋梁進行加固設計，通過理論分析與實際處置效果的綜合研究，為裝配式預應力混凝土箱梁的病害處置提供一定的經驗。

2 裝配式預應力混凝土箱梁病害表現(xiàn)及成因分析

2.1 裝配式箱梁橋目前狀況

通過對國內在1995年～2004年所修建的裝配式預應力混凝土箱梁的調查發(fā)現(xiàn)，箱梁普遍存在的病害見表1。

表1 裝配式預應力混凝土箱梁病害統(tǒng)計表

2.2 病害原因分析

上述病害為目前國內裝配式預應力混凝土箱梁存在較為普遍的病害形式，通過對橋梁的設計圖紙查閱，車輛通行情況調查，以及橋梁所處建設時期施工水平及環(huán)境因素的綜合分析得出以下結論。

2.2.1 早期設計理念對主梁結構的影響

從1995年到2007年，裝配式預應力混凝土箱梁標準圖經過多次改版，由于不同時期設計理念以及技術水平的不同，預制箱梁標準圖在結構尺寸、預應力鋼束的配束以及普通鋼筋的布置方面均發(fā)生較大變化，通過對比分析各個不同時期的通用標準圖，具體表現(xiàn)如下:

1)箱梁梁高，細部結構尺寸差異較大；2)混凝土材料及預應力鋼材差異較大；3)鋼束及普通鋼筋布置差異性較大；4)預應力連續(xù)與鋼筋連續(xù)、結構連續(xù)與橋面連續(xù)等差異性較大；5)單點支撐與多點支撐的差異性較大。

隨著國民經濟的發(fā)展，車輛超載以及外界環(huán)境的變化，基于早期標準圖修建的裝配式預應力混凝土箱梁均出現(xiàn)了不同程度的病害。因此，只有深入了解不同時期標準圖中此類橋梁的設計方法及設計思路，才能真正分析清楚此類橋梁出現(xiàn)不同程度病害的真實原因，并提出合理的加固設計方案。

2.2.2 橋梁活載內力的增加

隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展，高速公路交通量不斷增加，特別是超載車輛的噸位、數量不斷上升，使得橋梁長期處于超限服役和疲勞運營的不利狀態(tài)，進一步加劇了既有受力裂縫的快速發(fā)展。

2.2.3 其他原因

1)外部因素：

a.設計理念的差異，導致主梁梁高較小、剛度較弱；b.主梁墩頂負彎矩處配筋薄弱；c.近年來，快速激增的運營荷載導致病害發(fā)展加??；d.施工過程中的施工偏差引起箱梁早期病害的產生。

2)內部因素：

a.腹板主拉應力過大，斜截面抗剪強度過低導致腹板斜裂縫出現(xiàn)；b.主梁預應力損失，正截面抗彎承載力降低導致底板橫向裂縫出現(xiàn)；c.預應力鋼束在轉折角處所產生的集中力的合力；橫向溫度應力；橫向配筋不足；截面尺寸不合理導致底板縱向裂縫出現(xiàn)；d.翼緣板截面抵抗彎矩不足，溫度變形、混凝土收縮和不均勻沉降導致翼緣板根部縱向裂縫；e.主梁墩頂負彎矩處配筋薄弱導致橋面連續(xù)段處開裂，跨中彎矩增大進一步加固跨中橫向裂縫發(fā)展。

3 加固維修方案

3.1 加固維修設計目標

1)通過加固和維修措施，增大主梁截面，提高主梁抗彎承載能力；

2)通過結構局部補強，改善箱梁支點截面?zhèn)鬟f荷載的能力；

3)處置裂縫及混凝土缺陷，在一定程度上恢復主梁剛度及提高結構耐久性；

4)處置橋梁其他存在病害的構件，改善橋梁使用性能。

3.2 加固維修病害處置思路

裝配式預應力混凝土箱梁加固思路表見表2。

表2 裝配式預應力混凝土箱梁加固思路表

3.3 加固維修主要設計內容

1)對各聯(lián)主梁梁底張拉預應力碳纖維板，減小主梁梁底鋼筋應力值(見圖1)。

2)在墩頂負彎矩區(qū)增設加強鋼筋，以有效的恢復結構連續(xù)體系，提高受損箱梁負彎矩區(qū)安全儲備(見圖2)。

3)在距主梁支點1.5 m～6.5 m范圍內腹板粘貼鋼板，降低支點處鋼筋應力值，抑制腹板混凝土斜向裂縫的開展(見圖3)。

4)銑刨原橋橋面鋪裝層，鋪設新的防水混凝土層與瀝青混凝土鋪裝層，提高橋梁抗彎剛度和承載能力，橋面板內設置雙層鋼筋網，提高橋面橫向整體性，改善結構橫向受力。

3.4 加固效果驗算

國內某高速路上一座裝配式預應力混凝土箱梁橋，跨徑組成為(5×20)+(5×20+20.28)+30+(20.28+5×20)+(6×20)m，2005年建成通車，經過9年的運營出現(xiàn)了相應的病害，根據3.3節(jié)加固維修方案進行實施，選取該橋典型的跨徑組成(5×20)m一聯(lián)進行結構計算，計算結果見表3，表4。

表3 承載力極限狀態(tài)正截面抗彎能力對比表

表4 正常使用極限狀態(tài)截面應力對比表 MPa

通過分析加固前后計算結果可知，采用張拉預應力碳纖維板法、粘貼鋼板法，使橋梁受力明確，改善了主梁跨中斷面的應力狀況，提高了支座附近處的抗彎承載能力，在改善結構受力的同時，閉合了原結構的裂縫，起到了良好的效果。針對不同時期設計的裝配式預應力混凝土箱梁橋，雖然混凝土、鋼筋強度不同，結構截面尺寸不同，但通過精心設計，亦可采用以上加固方案。加固后該橋承載力得到一定程度的提高，可以保證橋梁在目前的交通需求下安全的運營，達到了預期的加固目標。

4 結語

本次加固方案在查閱國內外大量文獻資料及調研相關工程實例的基礎上，對裝配式預應力混凝土箱梁橋的病害類型及產生的原因進行了深入研究，并分析了導致不同病害產生的原因，在總結以往此類橋梁成功加固技術經驗的基礎上，對主動加固、被動加固以及主動加固技術如何與被動加固技術相互結合等處置方案進行了深入討論，通過工程實例對加固效果，以及加固方案的可行性進行驗證。

[1] JTG D62—2004，公路橋涵設計通用規(guī)范[S].

[2] JTG D62—2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[3] JTJ 023—85，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].

[4] 姚玲森.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,1985.

[5] 宋玉普.預應力混凝土橋梁結構[M].北京：機械工業(yè)出版社,2007.

[6] 范立礎.預應力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社,1999.

The analysis of the disease and reinforcement measures of prefabricated prestressed concrete box girder bridges

Jia Lei Hui Pi

(CCCCFirstHighwayConsultantsCo.,Ltd,Xi’an710075，China)

Taking the diseases on assembly prestressed concrete box girder as the research objects, the paper analyzes the main forms of these diseases and their forming reasons, makes out factual maintenance and consolidation measures, and proves by the example that it obtains better consolidation effect, so as to accumulate experience for the disease treatment of similar bridge structures.

box girder, disease, consolidation measures, prestressed carbon plate

1009-6825(2015)02-0159-03

2014-11-07

賈 磊(1982- )，男，工程師； 惠 丕(1985- )，男，工程師

U445.71

A