大跨徑預應力混凝土橋梁病害與加固方法分析

汪煒強

摘 要：預應力混凝土基于高強度、高剛性和抗裂性，被廣泛用于大跨度橋梁的施工。作為懸臂梁澆筑施工技術等現代化施工工藝和方法的不斷應用，如大跨度橋梁無支護施工技術不斷優化，使大跨度預應力混凝土橋梁施工質量得到很好的改善。穿過中間腹板和底板的裂縫是混凝土橋梁施工的常見病害。技術人員需要結合項目實際情況，采取合理的解決方案和加強方法，提高橋梁施工質量。本文詳細討論了預應力混凝土橋梁的損傷和加固方法。

關鍵詞：大跨徑；預應力；混凝土橋梁；病害；加固方法

隨著公路交通建設的快速發展，預應力混凝土梁橋技術因其成本低、機械結構優良、施工工藝成熟等特點，在橋梁施工中得到了廣泛的應用。由于設計，施工和環境影響等各種原因，從預應力混凝土箱梁橋建成使用中發現，常見橋梁部分梁體易產生裂縫，跨中范圍有較大下撓等問題。混凝土橋梁的開裂和跨中的下撓，不僅影響橋梁美觀，而且影響橋梁結構的安全和耐久性，隨著裂縫和撓度的不斷發展，可能會導致橋梁結構的破壞，甚至威脅行人和車輛造成生命和財產安全的橋梁倒塌。隨著橋梁裂縫的出現和延伸，橋梁結構的剛度和變形阻力大大降低，有效預應力減小，梁體徐變逐漸放大。特別是橋梁投入使用后，出現較多的裂縫會使結構剛度降低，由此扭轉程度越來越深，越過連續的翹曲和加劇梁的裂縫進一步擴大，兩者都促使從而形成惡性循環，因此大跨度預應力混凝土橋梁跨中下撓的發展成為研究的熱點和難點。

1裂縫分析

由于混凝土的徐變，其結構的形狀將長期發生變化。最后，預應力結構部件損壞。技術人員通過大量的調查和分析，發現使用更多的徐變預測模型和不同位置的徐變試驗參數直接成比例關系，應用標準和規格以及實際測量值，所以，真正在工程實際中，只是按照規范進行工程建設，也不能準確計算徐變的計算模型，往往導致形變量被低估。許多設計師沒有意識到徐變會造成的嚴重后果，也沒有意識到問題的長期性和重要性。

對于較大跨度的橋梁由于頂板和腹板、底板的厚度存在差異，所以不同部位的收縮趨勢不同，箱梁截面的不均勻收縮現象比較明顯，導致整體結構在收縮的同時，還可能產生彎曲，引發跨中下撓。目前，對混凝土截面形狀的重要性和結構的不均勻性的認識仍然不足。

混凝土的徐變對橋梁的穩定和整體結構的影響還沒有最終確定，同時橋梁的幾何非線性在運行過程中和徐變撓度一起產生影響，所以預彎曲應該是在理論計算與經驗值結合后綜合考慮。預先確認后，按曲線進行整體分配。為了解決上述問題，需要設置預拱值以解決收縮徐變，預應力損失和活載變形的問題。在施工控制過程中，應結合橋梁在預應力損失過程中的徐變和收縮以及活載的變形特性，在施工控制過程中，需要考慮施工荷載線，合理外傾的影響。在整個結構自重過程中，對預應力變量進行綜合考慮，實現系統間的合理交換，設置嚴格的外傾角，恒定的載荷和溫度、壓縮量。

為了縮短施工時間，施工單位通常會在混凝土中添加一定量的添加劑以優化其性能。如混凝土早期彈性模量增大（速度明顯變慢，所以加入一劑早強劑，盡管混凝土能滿足施工要求，但其彈性模量會明顯降低，最大才可以達到設計值70%，早期加載混凝土會導致其蠕變增加，如果施工管理不嚴格，也會對預應力造成更大的損失和破壞。結果表明，如果管道注漿質量不合格，會導致預應力的有效性與計算值存在較大差異，使預應力不足，撓度增大。

隨著經濟的快速增長，汽車數量不斷增加，某些橋梁的實際負荷量遠遠超過設計值，并且大量超重，超載車輛通過橋梁，裂縫也增加，嚴重影響橋梁的使用壽命。加上大橋管理人員對大橋的維修不仔細，不及時。在橋梁開裂時，不能及時維修和保養。很容易造成裂縫繼續擴大，腐蝕鋼筋，同時產生其他嚴重的質量問題。

橋梁結構參數的優化設計方法并不完善。在薄壁結構中，平面桿系理論被用來代替空間分析系統，這很容易導致較大的誤差。同時，計算結構時，剪力計算不充分，導致抗剪加固不足。橋梁設計結構不合理，一些設計師在追求橋梁的美感和跨度時忽略了對箱梁細節結構的考慮。橫截面越薄，寬跨比越小，寬度比越小，底板和腹板越薄，這就使得齒板的面積減小。橋梁厚度太薄，施工容易出現裂縫。如果薄的底板產生嚴重的橫向裂紋，相鄰部件也應考慮在一定范圍內有開裂可能。縱向預應力鋼梁布置不合理。一旦垂直預應力不到位，結構的主要拉應力將超過規范的允許值，從而使結構處于不利位置，并容易發生剪切斷裂。

2應對措施

大跨度預應力混凝土梁有其自身的結構特點，設計人員需要結合實際施工中可能發生的病害和實際特點，制定相應的加固方法。為了實現橋面的線性變化，緩和跨中下撓、避免梁體裂縫的產生，從而優化橋梁的受力性能和運行功能。

目前橋梁加固方法較多，各種方法各有利弊，但其原理是一致的，就是遵循力學的基本原理，從橋梁結構的外部因素和內部條件，合理地加強加固，有效提高了承載力。從外部原因來看，加固是為了提高結構的性能，提高梁體的承載能力。常用的方法有擴大截面法，外部預應力法和黏貼鋼板法等，從內部加固的角度來看，是為了使結構體系得到改善，減小內力，但與其他方法相比，這種方法存在很大的風險，不適用于大跨度橋梁的應用。

通過增加加固面積法可以有效提高梁的剛度，但恒荷載增加值較大，在受力分析的基礎上分析其原因，第一階段是恒載的作用，可以增加下彎量，這種局部加固工作效果成分的方法是顯著的。粘貼鋼板（或碳纖維布）法是一種被動加固方法，可用于輔助加固，良好的局部加固可以避免裂紋擴展。體外預應力技術效果良好，應力改善明顯，能有效減少或抑制結構中的裂縫或變形控制，對橋梁的運行影響較小。橋梁在正常運行時，也可以進行加固措施。同時，不需要大量的資金投入，人力資源和經濟方面更加合理。

3結語

綜上所述，主梁的混凝土結構易發生一系列病害的影響過程中，如裂縫和撓度，技術人員需要根據施工實際情況，采取有效措施和解決方案來解決存在的問題，提高橋梁施工質量。這樣，也進一步確保大跨度預應力混凝土的穩定性，使其上部結構朝著更輕、高強度的方向發展。

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（作者單位：江蘇省科佳工程設計有限公司）