預應力混凝土連續箱梁橋火損修復后承載能力評定

■ 林 耀

（1.福建省交通科學技術研究所；2.福建省公路工程試驗檢測中心站，福州 361000）

1 工程概況

某預應力混凝土連續箱梁橋于2002年建成通車，橋梁總長608.66m。上部結構采用40m等跨、等截面預應力混凝土連續箱型梁，總長608.66m，共15孔。橋寬15.0m，布置為 1.50m（人行道）+12.00m（機動車道）+1.50m（綠化帶）。箱梁采用單箱單室結構，跨中截面梁高2.50m，頂板寬14.0m，底板寬6.0m，底板厚度0.22m。橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩身直接對接鉆孔樁基礎。橋臺采用混凝土耳墻式，鉆孔樁基礎。道路等級為城市主干道I級，計算行車速度60km/h，設計荷載為汽車-20級，掛車-100級，人群3.50kN/m2。現場橋梁全景如圖1所示。

圖1 橋梁全景圖

2016年2 月8日凌晨01∶30左右，堆積在橋下的廢舊塑料制品因不明原因起火燃燒，約2個小時后大火被撲滅。火災主要影響范圍為該橋左幅第11跨～第13跨梁體、11#、12#墩柱及其支座。

2 修復加固總體設計

綜合考慮橋梁總體狀況、火災損傷程度、本橋所處地理位置等因素，本次修復設計以“安全可靠、簡單有效、經濟合理”為原則，在將火損缺陷修復的同時，對結構進行必要的加固、改善與補強，并兼顧橋梁結構的耐久性，以確保使用的安全、可靠、耐久。

根據火損狀況及檢測分析結論，本次修護設計總體思路為：

（1）箱梁剝落：對第11跨～第13跨箱梁腹板和翼緣板混凝土剝落區，采用逐層找平的方法進行修復；對第12跨箱梁梁底混凝土剝落區，采用逐層找平和灌注相結合的方法進行修復，同時對受損鋼筋進行修整與置換，并粘貼碳纖維布補強。在對第12跨箱梁梁底混凝土剝落區進行修復時，為確保灌漿體與原混凝土較好粘合，采用鋼模進行支模，再進行灌漿。

（2）支座處理：對 11-1、11-2、12-1、12-2 支座，可在支座上下鋼板相對位置建立觀測點，觀測兩點之間的間距（支座壓縮量）變化。觀測周期為3個月，每1個周觀測一次。若在觀測期間發現支座壓縮量異常，則支座需進行更換；若無，則按照養護規范要求進行養護和檢查。

（3）墩柱混凝土剝落：對混凝土剝落露筋的墩柱采用混凝土抱箍的方式進行補強加固。

3 修復后荷載試驗檢測結果

3.1 靜載試驗檢測結果

（1）撓度測試結果：各測試截面撓度校驗系數為0.89～0.93，相對殘余撓度最大值為8.2%。各測試截面撓度校驗系數均小于允許值1.00，相對殘余撓度最大值均小于允許值20%。

（2）應力測試結果：各測試截面應變校驗系數為0.70～0.90，相對殘余應變最大值為12.5%。各測試截面應變校驗系數均小于允許值1.00，相對殘余應變最大值均小于允許值20%。

3.2 動載試驗檢測結果

（1）動力特性：本橋左幅實測豎向1階自振頻率為3.13Hz，較2014年檢測結果略有降低，與理論值相差不大。實測值fmi與理論值fdi的比值為0.98。

（2）行車試驗：在單車行車速度10km/h、20km/h、30km/h情況下，換算成標準車列后，實測得左幅第12跨跨中截面的跑車沖擊系數介于1.03～1.05，行車對橋梁結構的沖擊作用處于正常范圍。

4 橋梁承載能力評定

承載能力評定是檢算本橋主體結構承載能力是否滿足汽車-20、掛-100級、人群3.5kN/m2設計荷載標準的要求。根據橋梁缺陷狀況檢查結果和橋梁材質狀況與狀態參數檢測結果、靜動載試驗結果，選取左幅第12跨箱梁，通過進行承載能力極限狀態荷載基本組合下的荷載效應和構件的抗力效應檢算，評定本橋的承載能力。

本橋左幅第12跨上部箱梁主體結構火災后通過粘貼碳纖維布補強，通過進行承載能力極限狀態荷載基本組合下的荷載效應和構件的抗力效應檢算，判定災后加固對橋梁的承載力影響程度。

4.1 檢算資料

（1）混凝土：上部結構采用強度等級為40#混凝土，彈性模量 Ec=3.21×104MPa，重力密度 γ=25.0kN/m3，泊松比μ=0.2，抗壓強度設計值fcd=17.5MPa，抗拉強度設計值ftd=1.75MPa。

（2）預應力鋼束：縱向預應力腹板束、底板束均采用12Φ15mm高強鋼絞線，OVM群錨體系，頂板短束采用4Φ15mm高強鋼絞線，扁錨體系，標準強度Ryb=1860MPa，彈性模量Ey=1.9×105MPa，錨下張拉控制應力σk=1395MPa。

（3）普通鋼筋：箍筋采用R235鋼筋，縱向主筋采用HRB335熱軋帶肋鋼筋。

4.2 加固后承載力驗算條件

根據火災后試驗檢測結果以及現場修補加固的措施，在加固后的橋梁模型進行承載能力檢算時，對橋梁進行以下幾項條件的修正假設：

（1）火災影響范圍內箱梁混凝土強度：此次火災對第12跨距11#墩22.00m～6.00m范圍內的混凝土強度造成一定的影響，降低至接近于C30混凝土的強度（C30混凝土彈性模量Ec=3.00×104MPa，軸心抗壓強度標準值fcd=20.1MPa，抗拉強度標準值ftd=2.01 MPa），加固采用逐層找平和灌注高等級混凝土相結合的方法，同時對受損鋼筋進行修整與置換，箱梁整體混凝土強度并未產生較大改變，按不利情況考慮，火災影響范圍內的混凝土強度仍按C30參與檢算；

（2）受力截面：火災使第12跨距11#墩22.00m～6.00m范圍內的梁底0mm～45mm高度范圍的梁底混凝土退出了整體受力工作，加固后截面恢復至原始設計尺寸，共同參與受力；

（3）預應力損失：火災后根據火場推定溫度以及火災后的外觀檢查結果，推定火災對橋梁第12跨范圍內的預應力約造成20%損失，加固維修未對預應力產生影響；

（4）粘貼碳纖維布補強效果：火災后加固采用粘貼碳纖維布進行補強 （加固采用的碳纖維布受拉彈性模量最小為2.4×105 MPa），假設設計荷載對梁體與碳纖維布產生的相同形變量。

4.3 檢算荷載

（1） 永久荷載

一期恒載包括上部結構自重；二期恒載為橋面鋪裝；混凝土收縮徐變按現行設計規范計算。

（2） 活載

檢算荷載：汽車-20、人群 3.5kN/m2；

汽車制動力及沖擊力：按04設計通用規范，計沖擊力等各種外力。結構體系溫度為20℃，結構體系溫差為±15℃。

（3） 荷載組合

承載能力極限狀態：基本組合。其效應組合表達式為：

各參數見 《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）。

4.4 檢算模型

根據本橋左幅設計施工圖紙、加固后現場實測資料以及靜載試驗的結果對加固后模型的假設條件的進一步調整，采用有限元結構分析軟件midas Civil對本橋左幅第12跨所在的第二聯（第9跨～第15跨）進行橋梁承載能力計算分析。計算模型見圖2、圖3。

圖2 模型消隱圖

圖3 模型離散圖

4.5 基于設計標準加固前后橋梁抗彎承載能力分析比較

在設計標準荷載作用下本橋左幅第二聯最不利荷載組合下主梁抗彎承載力彎矩內力圖如圖4、圖5所示，第12跨控制截面加固前后抗彎承載能力檢算結果見表1。

表1 第12跨控制截面加固前后抗彎承載能力檢算

圖4 加固前主梁抗彎承載力彎矩內力圖

圖5 加固后主梁抗彎承載力彎矩內力圖

由表1可知，加固后本橋左幅第二聯受損截面的抗彎承載能力得到相應的提升，在承載能力極限狀態下滿足正截面抗彎要求。

5 結語

本橋在2016年5月進行加固維修工程，經過橋梁缺損狀況檢查、材質狀況檢測以及靜動載試驗表明，橋梁上部結構等截面預應力混凝土連續箱梁的截面承載能力、強度、剛度及動力性能等指標均滿足原設計汽-20、掛-100級荷載的使用要求，梁底黏貼的碳纖維布、橋墩混凝土抱箍工作性能良好。加固維修一年多來橋梁運營情況良好。

[1]候旭.混凝土梁式橋火災后檢測評估與維修加固技術研究[D].長安大學碩士學位論文，2009.

[2]邊廣波，劉維棟，王磊.空腹式鋼筋混凝土箱形拱橋的加固設計.公路，2017（7）：124-128.

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[4]中華人民共和國行業標準.JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5]中華人民共和國行業標準.JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設計規范[S].北京：人民交通出版社，2008.