預應力連續箱梁橋病害分析及加固方法研究

歐陽潮12

（1.長沙理工大學土木與建筑學院，湖南長沙 410004；2.株洲市市政工程維護處，湖南株洲 412000）

預應力連續箱梁橋病害分析及加固方法研究

歐陽潮1，2

（1.長沙理工大學土木與建筑學院，湖南長沙 410004；2.株洲市市政工程維護處，湖南株洲 412000）

株洲響田預應力連續箱梁橋運營15年后，箱梁內外出現較多裂縫、鋼筋銹蝕和臺后填土沉降等病害，已影響橋梁結構的正常使用和安全。文中根據該橋的質量檢測報告，對其病害成因進行了力學分析，提出了箱梁頂板采用增厚鋼筋砼、箱室頂板內表面粘貼鋼板和碳纖維布及箱梁腹板粘貼鋼板的加固方法，驗算結果表明加固后橋梁結構各截面拉應力和主拉應力都不同程度地減小，結構承載力和剛度都得到較大提高。

橋梁；預應力連續梁橋；病害分析；加固設計

橋梁作為交通工程的咽喉，對確保交通順暢起到關鍵作用。橋梁在使用過程中，由于外荷載及不確定環境因素等的影響，結構承載力和耐久性逐漸衰退，影響結構安全和正常使用。據統計，中國正在服役的眾多橋梁中，許多出現了各種各樣的病害及承載力不足的情況，滿足不了當今交通高速發展的需要。如果對不能滿足要求的橋梁全部拆除新建，不合理也沒必要，而在原有橋梁基礎上進行加固的投資比新建減少10%～30%，工期減少一半，而且不影響橋下運輸或通航。如何對現有橋梁進行有效而可靠的加固，是橋梁建設今后面臨的一個挑戰。該文以株洲響田大橋為工程背景，研究預應力連續箱梁橋的加固方案，為同類型橋梁加固提供借鑒。

1　工程概況

響田大橋位于湖南株洲市環線路上，跨越京廣鐵路線，全橋總長250.9m，橋面總寬16m。該橋的主橋為七跨等截面預應力砼連續箱梁橋，采用雙箱雙室截面，支座處設80cm厚橫梁，橫梁處為單箱三室，縱向預應力筋為直線束，無橫向預應力筋，引橋為一跨預應力T梁。主橋立面和橫截面布置分別見圖1、圖2。主橋跨徑布置為25m+25m+40 m+45m+40m+40m+35m；引橋跨徑布置為1 ×24.8m；橋面寬度：全寬16m，橫向布置為2× 1.5m人行道+12m行車道+2×0.5m防撞護欄；橋面縱坡：小于3%；橋面橫坡：1.0%；荷載等級：公路-Ⅰ級，人群荷載為3.5kN/m。

圖1　響田大橋立面圖（單位：cm）

圖2　響田大橋橫截面示意圖（單位：cm）

2　老橋現狀

2.1主要病害

（1）主梁砼澆筑質量較差，箱梁內外部均有較多孔洞、空洞、露筋等病害。

（2）箱梁內出現較多裂縫，斜裂縫主要出現在支座附近及跨中四分點附近，寬度普遍較大；橫向裂縫主要出現在跨中處，大部分延伸至腹板。

（3）箱室頂板存在順橋向裂縫，部分箱室內存在積水。

（4）支座橫隔板和中橫隔板上部開裂嚴重。

（5）兩端橋臺開裂滲水嚴重，出現較大面積的護坡破損。

（6）橋臺位置的支座開裂變形，已失去功能。（7）防撞欄桿鋼筋保護層偏薄，出現較大區域鋼筋銹脹。

（8）主梁裂縫超限，屬于D級橋梁。

2.2病害產生原因分析

橋梁病害較多，下面主要針對不同位置的裂縫進行成因分析：

（1）主梁跨中底板橫向裂縫的主要成因為在外荷載作用下，底部拉應力大于砼能承受的最大拉應力。導致這種情況的主要原因為外荷載大于設計最大荷載、砼收縮徐變作用導致預應力損失較大。

（2）主梁支座、四分點附近斜裂縫主要是在外荷載作用下，主拉應力大于砼能承受的最大拉應力造成的。產生原因為箍筋配置較少及豎向預應力損失。

（3）橫隔板及其附近頂板出現較多裂縫，原因是跨中及梁端橫隔板抗扭剛度偏弱、橫隔板中橫豎向預應力損失較大。

（4）部分裂縫是施工不當形成的干縮裂縫，澆筑的砼沒有按標準養護，因收縮作用導致砼開裂。

（5）護欄、欄桿破損及裂縫是由鋼筋保護層偏薄、鋼筋銹脹所致。

（6）兩橋臺上的裂縫主要是由于臺后填土不均勻沉降引起的。

3　主要維修加固措施

3.1箱梁頂板植筋加固（見圖3）

（1）清除原有橋面鋪裝層，原瀝青砼面層采用人工鑿除，去除橋面澤漿和松散調平層。人工鑿毛箱梁頂板砼表面，并清理干凈，要求無泥砂、無油污、無積水。

（2）將頂板砼表面鑿毛后，采用φ12鋼筋進行植筋，植筋孔徑為16mm，植筋深度為17cm。無法植筋的位置采用與梁體普通鋼筋綁扎的連接方式。

（3）頂板鋪設鋼筋網，橋面鋪設直徑4mm、間距20cm與直徑20mm、間距12.5cm的鋼筋網，放置在植筋上面。要求鋼筋網定位準確，鋼筋保護層厚度不得少于4cm，鋼筋網無局部下沉現象。

（4）嚴格按照標準對砼進行澆筑和養護。

圖3　箱梁頂板植筋加固示意圖（單位：cm）

3.2箱室頂板底面加固

（1）頂板內箱室頂面粘貼碳纖維布（見圖4），橫橋向粘貼2層，規格為（200×2400）mm，間距200 mm；縱橋向粘貼2層，規格為（200×23500）mm，間距300mm。

圖4　內箱室粘貼碳纖維加固示意圖（單位：cm）

（2）粘貼箱室頂板內表面鋼板（見圖5），鋼板采用Q345鋼材，鋼板下空隙處均用環氧砂漿填實；采用M12螺栓，植埋深度為8cm，間距32.5cm。鋼板規格：豎向鋼板（100×6×1560）mm、間距10 cm，兩側橫向壓條鋼板（100×3×3100）mm。

圖5　內箱室粘貼鋼板加固示意圖（單位：cm）

（3）內箱室橫隔板粘貼鋼板。橫橋向貼3塊10 mm厚（150×1300）mm鋼板，縱橋向貼5塊3mm厚（100×1720）mm鋼板；橫隔板兩側各貼2塊6 mm厚（150×3100）mm鋼板（見圖6）。

圖6　橫隔板加固示意圖（單位：cm）

4　加固結構驗算及效果

結構維修加固后，結構上增加的荷載主要是新加的箱梁頂板7～13cm鋼筋砼疊合層和粘貼鋼板重量，約為2.0kN/m。經計算復核，荷載增量對結構受力影響較小，該橋結構強度、剛度和應力均滿足原設計規范的要求，不再列出詳細結果，僅對粘貼鋼板加固后結構斜截面抗剪承載力進行計算。

4.1抗剪加固承載力驗算

由于箱梁腹板主拉應力超出規范限值較小，正應力滿足規范要求及未出現箱梁跨中下撓過大等情況，采用在箱室內粘貼6mm鋼板進行斜截面抗剪補強加固。根據JTG/TJ22-2008《公路橋梁加固設計規范》第5.2.8條及6.2.7條規定進行計算，計算結果見表1。由計算結果可知加固后抗剪承載力滿足規范要求。

表1　加固后主梁截面抗剪驗算

續表1

4.2加固后荷載試驗

通過荷載試驗檢驗結構加固效果。靜力荷載試驗共擬定8種試驗工況：工況Ⅰ為第4跨跨中最大正彎矩，正載；工況Ⅱ為第4跨跨中最大正彎矩，偏載；工況Ⅲ為第7跨跨中最大正彎矩，正載；工況Ⅳ為第7跨跨中最大正彎矩，偏載；工況Ⅴ為3#墩頂最大負彎矩，正載；工況Ⅵ為3#墩頂最大負彎矩，偏載；工況Ⅶ為T梁跨中最大正彎矩，正載；工況Ⅷ為T梁跨中最大正彎矩，偏載。各工況下箱梁關鍵截面的應變和撓度測試結果及與理論計算值的比較見表2和表3。由試驗結果可知加固后結構承載力滿足規范要求。

表2　各工況下箱梁各測點撓度和應變理論值與實測值對比

表3　各工況下T梁各測點撓度和應變理論值與實測值對比

5　結語

該文采用7～13cm鋼筋砼疊合層對響田預應力連續箱梁橋箱梁頂板進行加固，在箱室頂板底面粘貼2層碳纖維布進行耐久性補強，對箱室橫隔梁采用粘貼8和10mm鋼板進行加固處理，對箱梁腹板采用在箱室內粘貼8mm鋼板進行加固。經計算分析，加固增加的荷載對結構受力影響較小，加固后主梁下緣砼拉應力不同程度減小，截面主拉應力也明顯減小，抗剪能力大幅度提高，粘貼的鋼板使結構剛度得到提高。加固方案的效果明顯，對類似工程具有借鑒和指導作用。

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2016-01-13