淺析30m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁橋維修加固及工程應(yīng)用

摘 要：30m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁橋是被廣泛采用的的一種橋型，然而，在運(yùn)營過程中橋梁出現(xiàn)了不同程度的病害，影響橋梁的使用性能。本文以實(shí)際加固工程為例，分析了30m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁橋維修加固措施在工程實(shí)際中的應(yīng)用，為類似橋梁的加固提供參考。

關(guān)鍵詞：簡支轉(zhuǎn)連續(xù)；預(yù)應(yīng)力箱梁橋；橋梁加固；病害

30m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁橋具有整體性能好、結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，是被我國廣泛采用的的一種橋型[ 1 ]。近年來隨著車輛數(shù)量的不斷增加，橋梁在運(yùn)營中出現(xiàn)不同程度的病害，需要對(duì)其進(jìn)行加固維修提高使用性能，才能滿足現(xiàn)代交通發(fā)展的需要。

1 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁橋典型病害分析

根據(jù)已運(yùn)營的簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁橋的實(shí)際情況，簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁橋典型病害主要有主梁下?lián)虾土后w開裂兩大類[ 2 ]。

1.1 主梁下?lián)?/p>

跨中下?lián)鲜穷A(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋最普遍存在的問題，主梁跨中下?lián)线^大將造成梁體開裂、剛度降低，進(jìn)而影響橋梁的使用性能。預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋跨中下?lián)鲜且粋€(gè)比較復(fù)雜的問題，除了荷載外，結(jié)構(gòu)剛度是影響下?lián)系闹饕蛩兀淞旱膭偠扰c結(jié)構(gòu)布置、混凝土開裂程度、預(yù)應(yīng)力損失、施工質(zhì)量和混凝土收縮徐變特性等都有關(guān)系[ 3 ]。

1.2 梁體開裂

上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫主要有箱梁頂板和底板的縱向裂縫、箱梁腹板的斜向裂縫，尤其是在是靠近邊跨現(xiàn)澆段范圍內(nèi)兩側(cè)腹板易出現(xiàn)45°斜裂縫。混凝土箱梁橋的裂縫大多數(shù)為受力裂縫，且寬度較大[ 4 ]。造成箱梁開裂的因素比較多，主要有預(yù)應(yīng)力因素，收縮徐變、支座沉降、溫度梯度、移動(dòng)荷載、箱梁剪力滯效應(yīng)，翹曲、扭轉(zhuǎn)和畸變應(yīng)力，構(gòu)造因素等[ 5 ]。

2 常用加固方法

目前簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁橋常用的加固方法主要有：

2.1 增大截面加固法

增大截面加固法又稱外包混凝土加固法，是通過增大構(gòu)件的截面來提高構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和抗裂性，從而達(dá)到加固的目的，其也可用來修補(bǔ)裂縫[ 6 ]。

2.2 粘貼加固法

粘貼加固法是采用化學(xué)粘結(jié)劑將補(bǔ)強(qiáng)材料粘貼在結(jié)構(gòu)外部以提高構(gòu)件的承載能力的一種加固方法。

通常采用的補(bǔ)強(qiáng)材料有鋼板和碳纖維，它們都具有良好的抗拉性能。將補(bǔ)強(qiáng)材料粘貼在梁的受拉區(qū)時(shí)，不僅提高梁的抗彎承載能力，而且對(duì)梁的抗剪承載能力也有提高，粘貼在梁的側(cè)面時(shí)能提高梁的抗剪能力[ 4 ]。

2.3 體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力加固法是把預(yù)應(yīng)力筋布置在主體結(jié)構(gòu)之外，在結(jié)構(gòu)體外施加預(yù)應(yīng)力，以預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而提高主梁的使用性能和承載力，減少或避免裂縫的出現(xiàn)，其具有加固、卸載、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重效果[ 6 ]。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

迎賓大橋?yàn)楹喼мD(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋，跨徑為6×30m，橋梁全長187.0m，原設(shè)計(jì)荷載為汽超-20級(jí)，掛車-120，橋面凈寬為2×11.0m，設(shè)計(jì)車道為雙向4車道，下部結(jié)構(gòu)為矩形空心墩和肋板式臺(tái)。該橋在檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)病害，根據(jù)對(duì)橋梁損傷的整體評(píng)估提出了相應(yīng)的維修加固方案。

3.2 病害分析

該橋存在的主要病害如表1。

通過對(duì)病害的分析，主梁在 1/4 跨和3/4 跨區(qū)段內(nèi)抗剪承載力不足；在使用階段，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁腹板混凝土主拉應(yīng)力不滿足要求，以致腹板出現(xiàn)斜裂縫。

3.3 維修加固方案

基于對(duì)橋梁外觀檢測結(jié)果的分析，針對(duì)橋梁不同的部位和不同病害，選擇可行的維修加固方案：

3.3.1采用壓力灌漿法封閉裂縫

對(duì)于裂縫寬度小于0.15mm的裂縫采用改性環(huán)氧樹脂膠封閉裂縫，對(duì)于裂縫寬度大于等于0.15mm的裂縫采用壓力灌漿封閉裂縫。

壓力灌漿封閉裂縫加固維修法是將漿液灌滿結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫，再采用抹漿、鑿槽嵌補(bǔ)、噴漿、填縫的方法使梁體表面裂縫封閉，具體施工工藝為：鉆孔→清空→粘貼灌漿嘴→壓氣試驗(yàn)（檢查封閉帶是否封嚴(yán)）→灌漿→表面封閉處理。

3.3.2采用粘貼鋼板加固端橫梁

對(duì)于端橫梁裂縫，采用粘貼鋼板進(jìn)行加固。加固鋼板采用1cm厚的Q235鋼板制作，在粘貼鋼板前，先進(jìn)性裂縫封閉或灌縫處理，再鑿除需粘貼鋼板混凝土表面6～8mm厚的表層砂漿，使堅(jiān)實(shí)的混凝土外露，整平粗糙面；同時(shí)對(duì)鋼板也要進(jìn)行除銹和粗糙處理；在混凝土上打孔植筋，安裝鋼板，用密封材料封邊，壓力注膠，要確保粘結(jié)劑飽滿，最后對(duì)鋼板表面進(jìn)行防腐處理[ 7 ]。

3.3.3采用碳纖維加固法加固主梁

對(duì)于箱梁整體結(jié)構(gòu)受力性能下降，采用碳纖維加固法提高主梁承載力，即在箱梁底板處設(shè)置5道碳纖維板進(jìn)行加固，碳纖維板規(guī)格為2500×10cm，厚度為1.2mm，碳纖維布?jí)簵l規(guī)格為150×30cm，如圖1所示。

施工關(guān)鍵技術(shù)：

1）對(duì)需要粘貼碳纖維板部位的混凝土基層表面用角磨機(jī)打磨處理，保證混凝土表面平整。

2）將碳纖維板粘貼面在粘貼前用丙酮和毛巾擦拭干凈，將粘板膠按規(guī)定比例進(jìn)行配制，保證粘板膠均勻拌合及粘板膠內(nèi)不產(chǎn)生氣泡。

3）在碳纖維板上涂抹的粘板膠應(yīng)呈中間厚兩邊薄狀，平均厚度不小于2mm，將涂有粘板膠的碳纖維板輕壓粘貼到構(gòu)件上，用專用滾筒順纖維方向均勻平穩(wěn)壓實(shí)，使粘板膠從兩邊溢出，確保粘結(jié)密實(shí)無空洞，在碳纖維板下用支架進(jìn)行支撐，直至粘板膠固化完畢[ 7 ]。

3.4 加固效果分析

采用Midas軟件建立有限元模型，對(duì)迎賓大橋加固前后受力進(jìn)行分析計(jì)算，橋梁加固前后對(duì)比分析如圖2所示。

通過對(duì)橋梁加固前后的受力對(duì)比可知，橋梁加固后抗彎承載力明顯提高，跨中截面抗彎承載力提高約為10%，L/4截面抗彎承載力提高約為20%，說明此加固方法對(duì)提高橋梁使用性能和承載力具有明顯效果。根據(jù)計(jì)算結(jié)果知，支點(diǎn)負(fù)彎矩截面抗彎承載力基本不變，加固前后最大撓度值基本不變，說明此加固方法對(duì)減小橋梁變形作用不明顯。

4 結(jié)語

本文總結(jié)了預(yù)應(yīng)力混凝土簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁橋典型病害和常用加固方法，以實(shí)際加固工程為例，通過對(duì)病害分析和加固前后對(duì)比，分析了30m簡支轉(zhuǎn)連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁橋維修加固措施在工程實(shí)際中的應(yīng)用，為同類橋梁的加固提供參考。

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[7] JTG/T J23-2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

作者簡介：張亞龍（1986-），男，研究生，助理工程師。