大跨度連續剛構橋病害分析與體外預應力加固技術分析

李　欣，顏世德

(湖南省湘筑工程有限公司，湖南 長沙　410004)

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大跨度連續剛構橋病害分析與體外預應力加固技術分析

李欣，顏世德

(湖南省湘筑工程有限公司，湖南 長沙410004)

摘要：對箱梁裂縫產生原因進行了分析，以M橋為例對其進行了橋梁線形監測分析，介紹了此橋的體外預應力加固設計，探討其體外預應力加固效果。

關鍵詞：剛構橋；體外預應力；加固

一般的大跨度連續剛構橋，無論是在施工階段、還是運營使用中，如施工不當、混凝土收縮徐變、老化、超載等問題，往往是存在諸多影響橋梁承載力的因素。雖然從橋梁的撓度、裂縫可以判斷橋梁承載力的大小變化，但實際情況中不是一有裂縫，撓度一超限，就必須加固。借由轉向板轉向以確定鋼束走向，由此體外預應力束形成析架體系進而形成超靜定結構，除了可以抵消部分恒載應力，以達卸載外，同時降低了原結構應力水平，改變內力分布。從整體上減少箱梁的跨中彎矩，從而達到提高箱梁的正截面抗彎強度、剛度和抗裂性的目的，最終提高橋梁的承載能力，使其裂縫縮小甚至完全閉合，同時減少結構變形。

1箱梁裂縫產生原因分析

腹板斜向裂縫、頂底板縱向裂縫和頂板與腹板倒角的縱向裂縫這三種類型常見于箱梁裂縫主要情況，即箱梁早期裂縫大部分已采取封閉措施。在左幅橋左側箱室內，縱向裂縫處于跨中區域頂板與左側腹板(邊腹板)交接處。

根據裂縫形態分析，可以發現腹板斜向裂縫靠近跨中側變小，裂縫走向為跨中側高支點側低，裂縫形態與主拉應力裂縫特征相符，判斷此類裂縫應為受力裂縫。分析其原因為豎向預應力損失，導致主拉應力增大。同時發現裂縫主要集中于在底板齒板錨固區附近，其與頂板鋼束與底板鋼束形成反向對拉造成腹板應力增大有關；同時，產生裂縫有影響的還有寬幅箱梁的畸變效應、溫度效應、車輛荷載的長期作用。

對箱梁的溫度影響分析可知，在箱內外溫差作用下，箱梁內外側表面的應力為 3.5～8 MPa；在橋面溫度梯度作用下，箱室頂板中部上下表面的最大橫向正應力約為 3～4 MPa。除溫度外，在活載及收縮徐變也可以使箱梁產生橫向框架效應，也必然在箱梁頂板、腹板及底 板表面產生拉應力。因此，受框架效應影響，在外部環境荷載、車輛荷載及結構自身收縮徐變三重作用下，箱梁頂板和腹板的縱橋向裂縫更易產生，尤其倒角和頂板厚度較薄位置。

2橋梁線形監測分析

(1)線形情況。

2012年7月7日、8日晚上M橋全封閉交通的狀態下，某公路橋梁工程監測站進行測量，將12年數據與2006年10月交工驗收測量結果進行對比分析。從圖1和圖 2中看出左幅主橋下撓75 mm，右幅主橋下撓63 mm，發現不僅左、右幅主橋存在下撓，且中跨線形不平順。

(2)跨中下撓原因分析。

考慮到混凝土徐變系數、混凝土超方、縱向預應力徑向力及超載對橋梁受力狀態的影響，分別對豎向預應力損失、縱向預應力損失分析，可知主跨跨中下撓因素主要有箱梁混凝土的徐變、預應力損失、上部結構超方以及剛度損失。并且可判斷出該損失由多重影響導致，非單一因素。從線形測量結果來看，只需對中跨有針對性的加固。

圖1　M橋右幅主橋 2012年與2006年橋面線型測量結果對比

圖2　M橋左幅主橋 2012 年與2006年橋面線型測量結果對比

3體外預應力加固技術

3.1某橋體外預應力加固設計簡介

我國目前剛構橋主要采用體外預應力加固法加固，主要是施工簡單、技術成熟、檢修方便。本檢測橋同樣是采用體外預應力加固法加固，方法上采用OVM-S6 環氧噴涂鋼絞線體外束，為保證安全性采用配套錨具、錨墊板、錨下螺旋箍筋。錨下張拉控制應力為1 116 MPa。同時布置磁通量傳感器于體外束中跨合攏段位置，以監控和測量施工過程和后期運營過程中對鋼束應力變化。

本橋布置12束體外預應力鋼束，每個鋼束號 2 束，編號記為 T1~T6，10φj15.24 mm的預應力鋼絞線。

3.2體外預應力加固效果

(1)加固后合理狀態分析。

加固后邊跨未加固部分應力情況未發生明顯變化，且未出現拉應力；中跨應力與原設計數值接近，撓度有所提升。

(2)正常使用極限狀態。

實橋狀態下，體外預應力加固后，跨中撓度上拱12 mm；跨中下緣有下緣應力儲備為0.30 MPa。

(3)承載能力極限狀態。

加固后，從表中可以得出中跨跨中截面受彎的安全系數提高到1.04，由此可知體外預應力加固能夠增大橋梁的安全系數。

表1　承載能力極限狀態下體外預應力加固結果

注：實際橋梁狀態加固的承載能力允許值 Mu 比新建橋梁狀態加固的承載能力允許值折減 6%

3.3兩種加固效果對比

對比體外預應力加固法與單肋系桿拱加固法效果可知：

(1)兩種方法均能將剛構橋加固到合理狀態。

(2)跨中截面下緣的拉應力減小兩種方法均能達到，并能保證一定的壓應力儲備，在數值上也相當接近，體外預應力加固的剛構橋跨中下緣的拉應力儲備是 0.30 MPa，單肋拱結構加固的剛構橋跨中下緣的拉應力儲備是 0.31 MPa。

(3)同等加固程度下，墩頂截面壓應力上體外預應力加固法較單肋拱結構加固法大。在實際橋梁狀態加固來看分別為11.89 MPa和10.93 MPa。

(4)同等加固程度下，加固效果更好，因為單肋系桿拱加固法可以更多的使剛構橋中跨跨中上撓。

由上述四個異同點進行分析。第一點，兩種加固方法都是有效的；第二點，對于中跨，兩種加固法都能保證一定的壓應力儲備，并能等效的提供向上的作用力，從而使跨中截面下緣的拉應力減小；第三點，體外預應力加固法則引起了較大的壓力，但系桿平衡了單肋拱系統的水平力，沒有對剛構橋產生較大的壓力；第四點，單肋系桿拱加固法可以更好地阻止連續剛構橋下撓，主要是因為其結構體系分擔了部分變形，且單肋系桿拱能夠和剛構橋共同變形，能夠對剛構橋的撓度起到長期控制的作用。

參考文獻：

[1]邱順冬．橋梁工程軟件 midas civil 應用工程實例(第一版)[M]．人民交通出版社，2011.

[2]樓莊鴻．大跨徑梁式橋的缺陷[J]．預應力技術，2004，(2)：35-36.

[3]李新平，王沸仁．基于 MIDAS 的斜拉橋成橋索力優化方法[J]．公路與汽運，2014，(165)：149-151.

Analysis of diseases and external prestressed strengthening technique of long-span continuous rigid frame bridge

LI Xin, YAN Shi-de

(Hunan Xiangzhu Engineering Co.,Ltd., Changsha，Hunan 410004，China)

Abstract:The reasons of the box girder crack are analyzed, and the linear monitoring of M Bridge is discussed. Then external prestressed strengthening technique is designed. Also its strengthening effect is concluded.

Keywords:rigid-frame bridge; external prestressing; strengthening

中圖分類號：U445.7+2

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)01-0091-02

作者簡介：李欣(1982-)，女，湖南衡山人，工程師，研究方向：橋梁加固處理；顏世德(1979-)，男，湖南茶陵人，工程師，研究方向：橋梁加固處理。

收稿日期：2016-01-01