既有裝配式板橋加固設(shè)計(jì)方案研究

張 濤

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088)

既有裝配式板橋加固設(shè)計(jì)方案研究

張 濤

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088)

依托國(guó)內(nèi)某高速公路改擴(kuò)建橋梁，以典型裝配式鋼筋混凝土板橋?yàn)檠芯繉?duì)象，針對(duì)此類板橋常出現(xiàn)的病害，進(jìn)行了裝配式鋼筋混凝土板橋的加固設(shè)計(jì)方案研究，對(duì)橋面補(bǔ)強(qiáng)和粘貼鋼板等加固方法及整體更換新板方案作了比較，以選擇最佳的加固設(shè)計(jì)方案。

預(yù)制板，橋梁加固，橋面補(bǔ)強(qiáng)，粘貼鋼板

0 引言

裝配式鋼筋混凝土板橋是我國(guó)高速公路中小跨徑橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式。裝配式預(yù)制板橋有構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、用材經(jīng)濟(jì)、施工速度快、建筑高度小、易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代公路橋梁中。隨著交通快速發(fā)展，大型載重車數(shù)量迅速增加；荷載的提高導(dǎo)致橋面鉸縫過早損壞，縮短橋面使用壽命，同時(shí)降低了橫向連接性能，造成汽車荷載作用時(shí)的單板受力，影響行車安全及橋梁的使用壽命。本文以國(guó)內(nèi)某高速公路改擴(kuò)建橋梁為依托，以典型裝配式鋼筋混凝土板橋?yàn)檠芯繉?duì)象，針對(duì)此類板橋常出現(xiàn)的病害，進(jìn)行裝配式鋼筋混凝土板橋的加固設(shè)計(jì)方案研究，對(duì)比橋面補(bǔ)強(qiáng)、粘貼鋼板等加固方案及整體更換新板方案的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)劣，以選擇最優(yōu)的改造方案。

1 項(xiàng)目概況

國(guó)內(nèi)某高速公路擬由四車道改建為八車道，并根據(jù)“上連下不連”的橋梁改擴(kuò)建方案，對(duì)裝配式鋼筋混凝土預(yù)制板橋進(jìn)行改擴(kuò)建設(shè)計(jì)。該高速為1993年設(shè)計(jì)，原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為JTJ 1981公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[1]汽—超20，掛—120。根據(jù)JTG B01—2014公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]第6.0.10條第3款，拼接加寬利用的原有橋涵，應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估并滿足原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求，且其極限承載能力應(yīng)滿足或采取加固措施后的滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，需按JTG B01—2014公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)公路—Ⅰ級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)利用的舊橋進(jìn)行承載力驗(yàn)算或加固設(shè)計(jì)。

預(yù)制板的一般構(gòu)造參見表1：橋梁理論跨徑L=5 m，6 m，8 m，計(jì)算跨徑L0=4.7 m,5.7 m,7.7 m。預(yù)制板長(zhǎng)L1=4.96 m,5.96 m,7.96 m。中板寬1.03 m，邊板寬1.045 m。預(yù)制板高度h=0.3 m(5 m和6 m板)，h=0.4 m(8 m板)。橋面鋪裝為10 cm厚C40混凝土整體化層+6 cm厚瀝青混凝土層。板底配縱向受拉鋼筋數(shù)量分別為6Φ25，7Φ25，8Φ25。Φ8雙肢箍筋，支點(diǎn)區(qū)段間距10 cm，跨中區(qū)段間距15 cm。C25混凝土，主筋HRB335，箍筋R235。

表1 預(yù)制板一般構(gòu)造 m

原橋典型橫斷面布置圖見圖1。單幅橋梁全寬12.5 m，凈寬11 m；單幅橋共計(jì)12塊板。車道荷載按JTG B01—2014公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。采用鉸接板(梁)法計(jì)算板跨中彎矩的荷載橫向分布系數(shù)，用杠桿法計(jì)算板支點(diǎn)剪力的荷載橫向分布系數(shù)。計(jì)算均以正交橋?yàn)閷?duì)象。由于斜交板具有以下受力特征[3]：斜交板的最大縱向彎矩，一般比與斜跨徑相等的正交板要小；最大縱向彎矩的位置，隨著斜交角的增大從跨中向鈍角部位轉(zhuǎn)移。因此，斜交板跨中彎矩的荷載橫向分布系數(shù)偏安全的采用正交板。

2 加固方案

加固總體原則[4]：1)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，經(jīng)濟(jì)環(huán)保；2)加固方案的選擇盡量不增加結(jié)構(gòu)自重，不對(duì)主要承重構(gòu)件造成損傷，且滿足施工簡(jiǎn)便、快捷，加固施工過程對(duì)交通影響小的要求；3)加固后的橋梁能滿足設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的使用要求，并有一定的安全儲(chǔ)備。

2.1 橋面補(bǔ)強(qiáng)加固方案

本項(xiàng)目路面設(shè)計(jì)將在既有路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再加鋪10 cm，既有橋梁的橋面鋪裝為10 cm水泥混凝土+6 cm瀝青混凝土。改建方案為將原有的6 cm瀝青混凝土銑刨，在原有的10 cm水泥混凝土鋪裝層上植筋，再加鋪6 cm混凝土，將水泥混凝土鋪裝層厚度增加到16 cm后，再繼續(xù)加鋪10 cm瀝青混凝土，這樣改建后的橋梁標(biāo)高與前后路基段標(biāo)高保持一致。

計(jì)算考慮兩種狀況：1)混凝土現(xiàn)澆層不參與板梁結(jié)構(gòu)受力；2)8 cm混凝土層參與結(jié)構(gòu)受力，即50%的混凝土整體化層厚度參與結(jié)構(gòu)受力。

上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果見表2和表3。

由表2可見，在不考慮現(xiàn)澆層參與受力時(shí)，中、邊板的抗彎承載力均不滿足要求。考慮8 cm現(xiàn)澆層參與受力后，邊板抗彎承載力滿足設(shè)計(jì)要求，其余均不滿足設(shè)計(jì)要求。

由表3可見，在不考慮現(xiàn)澆層參與受力時(shí)，除8 m板的邊板抗剪承載能力滿足要求外，其余均不滿足設(shè)計(jì)要求?？紤]8 cm現(xiàn)澆層參與受力后，8 m板的邊板、中板抗剪承載能力滿足要求；但5 m和6 m板的邊板、中板仍不能滿足要求。計(jì)算表明，僅通過增加現(xiàn)澆層提高抗剪承載能力的幅度較小。

表2 上部結(jié)構(gòu)抗彎承載力計(jì)算結(jié)果

表3 上部結(jié)構(gòu)抗剪承載力計(jì)算結(jié)果

2.2 粘貼鋼板加固方案

對(duì)板橋的板底作粘貼鋼板加固：5 m，6 m，8 m板每塊板底粘貼2條寬10 mm，厚6 mm鋼板，同時(shí)考慮8 cm現(xiàn)澆層參與結(jié)構(gòu)受力(即混凝土整體化層總厚度的一半)。針對(duì)路面加鋪方案和橋梁改造方案，結(jié)合新標(biāo)準(zhǔn)和改擴(kuò)建細(xì)則中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)加固拼寬后的橋梁進(jìn)行整體驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果表明：

1)5 m，6 m，8 m板在考慮8 cm(50%)混凝土鋪裝層參與受力并在梁底進(jìn)行貼鋼板加固的情況下，抗彎承載能力能夠滿足要求。

2)5 m，6 m板在考慮8 cm(50%)混凝土鋪裝層參與受力的情況下，抗剪承載力不能滿足要求，5 m中板欠缺33.8%，6 m中板欠缺35.4%。抗剪承載力相差較大，在保證不破壞既有梁體的前提下，沒有很有效的方式能夠使抗剪承載力大幅度提高。

3)既有8 m板設(shè)置了較多的斜筋，所以在考慮8 cm混凝土鋪裝層參與受力的情況下，抗剪承載力能夠滿足要求，但中板僅富裕7.1%，安全儲(chǔ)備較低。

3 加固方案經(jīng)濟(jì)性比較

經(jīng)過測(cè)算，在不考慮更換支座的情況下，每跨8 m橋加固后的拼寬擴(kuò)建方案費(fèi)用為187 630元，拆除換板的費(fèi)用為212 280元，兩者相差24 650元，全線共計(jì)243跨，差值總計(jì)5 989 950元。如果再考慮更換支座的施工措施費(fèi)，兩種方案的費(fèi)用相差無(wú)幾。因此，雖然8 m板可以滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，但從結(jié)構(gòu)受力的安全儲(chǔ)備、結(jié)構(gòu)耐久性、美觀等因素看，建議采用拆除換板方案。

綜上所述，5 m，6 m，8 m板的抗彎承載力能夠滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，但5 m，6 m板的抗剪承載力不能滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)采用拆除上部結(jié)構(gòu)換板的方案，8 m板的抗剪承載力雖然可以滿足，但安全儲(chǔ)備較低，另外結(jié)構(gòu)耐久性較差，加固后的橋梁美觀較差，考慮更換支座時(shí)，也無(wú)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，因此8 m板的改建也應(yīng)采用拆除換板的方案。

4 結(jié)語(yǔ)

驗(yàn)算表明，5 m，6 m鋼筋混凝土實(shí)心板橋的上部結(jié)構(gòu)抗剪承載能力不滿足現(xiàn)行荷載等級(jí)的要求，且目前缺乏有效的加固措施，8 m板考慮現(xiàn)澆層參與受力的情況下，其承載力能夠滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，但富裕度很小，比較加固方案與換板方案兩者造價(jià)相近，從結(jié)構(gòu)受力的安全儲(chǔ)備、結(jié)構(gòu)耐久性、美觀等因素考慮，建議更換5 m，6 m，8 m鋼筋混凝土實(shí)心板的上部結(jié)構(gòu)。

[1] JTJ 1981，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] JTG B01—2014，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 徐光輝.公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)——梁橋(上)[M].北京：人民交通出版社，1996.

[4] JTG/T L11—2014，高速公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

Study on reinforcement design scheme of existing assembly-style board bridge

Zhang Tao

(ChinaCommunicationHighwayPlanning&DesignInstituteCo.,Ltd,Beijing100088,China)

Based on domestic highway expanded bridge, taking typical assembly-style steel reinforced concrete board bridge as the research target, in light of common board bridge diseases, the paper studies the reinforcement design scheme of assembly-style steel reinforced concrete board bridge, and compares deck reinforcement and bonding steel board and other reinforcement methods and integral board alteration scheme, with a view to select optimal reinforcement design scheme.

prefabricated board, bridge reinforcement, deck reinforcement, bonding steel plate

2015-06-24

張 濤(1988- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)25-0180-03

U445.72

A