預應力薄壁箱梁的病害分析及維護

常廣利 賈貴才 姚云翔 趙鳳月 金義 郭天超

摘 要：混凝土薄壁箱梁結構有較多優點，近年來在大跨度橋梁中被廣泛應用。但是，國內外建成的薄壁箱梁橋在建成后普遍出現不同程度的開裂現象。針對此現象，本文首先分析其產生的原因，然后提出橋梁結構加固的方法，以期為相關學者的研究提供參考。

關鍵詞：薄壁箱梁橋；體外預應力；加固；病害

中圖分類號：U445.72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）07-0097-02

Analysis and Maintenance of Prestressed Thin-walled Box Girders

CHANG Guangli JIA Guicai YAO Yunxiang ZHAO Fengyue JIN Yi GUO Tianchao

（Beihua University，Jilin Jilin 132013）

Abstract： Concrete thin-walled box girders structures have many advantages， so it has been widely used in long-span bridges in recent years. However， the cracks of the thin-walled box girder bridges built at home and abroad have been widely cracked after the completion of the construction. In this paper， the reasons for this phenomenon were analyzed， and then the method of strengthening the bridge structure was put forward， in order to provide reference for the research of the relevant scholars.

Keywords： thin-walled box girder bridge；external prestress；reinforcement；disease

1 研究背景

自從人類學會使用工具，就創造了一個又一個奇跡。尤其是在造橋方面，古有趙州橋，近代有武漢長江大橋，而今，中國人又建造了另一個世界奇跡，即成功建成跨海大橋珠港澳大橋。橋梁技術的進步是人類社會不斷發展的體現，是人類智慧的結晶。在17世紀以前，橋梁的建筑材料主要為石材與木材，建橋工具也非常古老，且橋梁結構主要以石梁橋和石拱橋為主。近代，隨著生產力的發展、建筑材料種類的豐富及建筑工具的革新，橋梁無論在結構形式還是建筑技術上都有了極大進步。但是，隨著使用年限增加，橋梁結構的承載能力、耐久性、適用性會出現不同程度的降低，而且隨著汽車的載重量逐漸增大，超載超重現象嚴重，也對橋梁結構造成了較大破壞。在該背景下，加強對舊橋危橋的檢測、加固橋梁具有重要意義：一是可以充分利用既有橋梁，減少新橋的建設成本，實現投資最優化；二是在中國公路橋梁及市政橋梁建設中，充分減少不必要的浪費。研究舊危橋加固方法對現階段我國橋梁事業發展具有重要作用，是現在和今后廣大橋梁工作者的首要任務。基于此，本文主要介紹薄壁箱梁橋維護的方法和意義[1]。

2 薄壁箱梁橋病害及其成因分析

薄壁箱梁橋常見的病害是梁體出現裂縫。在實際案例中，導致梁體開裂的原因較多。

2.1 材料因素

使用材料不合格是導致薄壁箱梁橋出現裂縫的主要因素。①水泥反常凝結。如水泥或集料中含過量的有害物質會引起隨時間而增長的混凝土酥裂。②攪拌或者澆筑混凝土不合理，導致混凝土下沉離析、水泥浮漿、水泥干縮產生裂縫。③混凝土水灰比不合理，導致水泥的水化熱過大，特別是大尺寸構件由于水泥水化熱作用，使混凝土內部和構件表面溫差過大。④水泥的反常膨脹。如集料中含活性Si02，而水泥中含堿量過高，會引起堿集料反應，使混凝土隨著時間的增長而脹裂。⑤骨料中含泥。集料中含泥過量，會隨著混凝土的干燥而產生不規則的網狀裂縫，并使混凝土強度降低。⑥使用反應性的骨料或風化的巖石。如集料中含石灰石，在含石灰石所在處會引起混凝土爆裂。⑦混凝土的干燥收縮。

防止因材料因素產生裂縫的主要措施是：在施工中嚴格按標準或規范選用材料，要求用適當的配合比，采用正確的施工方法。

2.2 施工方面的因素

導致裂縫產生的施工方面的因素有：①材料攪拌不均勻；②攪拌時間過長，容易產生不規則的網狀裂縫；③采用泵輸送增大水泥量和用水量；④澆筑順序錯誤；⑤澆筑速度過快，容易在澆筑1～2h后發生構件交接部位的縱向裂縫；⑥混凝土振搗不密實[2]。

2.3 使用環境方面的因素

導致裂縫產生的使用環境方面的因素有：①環境溫度、濕度的變化；②構件內溫度、濕度差；③內部鋼筋的銹蝕；④碳酸鹽等的化學作用。

3 加固橋梁結構的方法

當前，橋梁結構主要的加固方法有：預應力加固法、橋面補強層加固法、粘貼纖維復合材料加固法、黏貼鋼板加固法、增加構件加固法等。現在對這幾種方法進行具體分析。

3.1 預應力加固法

預應力加固法是通過對原有結構體施加額外的預應力，從而增加其承載能力的一種方法。適用于以下幾種情況：①梁體正截面抗彎承載力不足或者受拉區普通鋼筋由于銹蝕使鋼筋面積減小；②由于汽車荷載增大，導致梁體變形或者撓度過大且超過了規范所規定的限值；③梁斜截面抗剪承載能力不足。

預應力加固法的原理是通過在原結構體外增加受力鋼筋（預應力鋼筋），相當于在原有結構基礎上增大了受力鋼筋面積，從而提高橋梁的承載能力。這種方法對承載能力提高較為明顯，可以大幅度增加結構的抗彎剛度。但是，該方法施工工藝較復雜。

3.2 橋面補強加固法

橋面補強加固法的是通過在橋面板加鋪一層鋼筋混凝土層，使其與原有結構形成整體，從而達到增大橋面板或主梁有效高度和受壓截面，增加橋面整體剛度，提高橋梁承載能力的一種常用且有效的加固方法。該方法主要適用于主梁或橋面板抗彎承載力不足，受壓面積不足，或鉸接梁、板的鉸縫不能有效傳力的結構，主要適用于中小跨徑的橋梁。采用此加固方法進行加固時，加固結構施工完成后，并不能馬上提供承載能力，此時仍是原結構受力，只有當汽車荷載及其他荷載加載時，加固結構才會參與受力。這種加固方法簡單，施工快捷，且能有效增大承載能力。需要注意的是，在施工和設計過程中，要解決好原有結構和加固結構的結合問題，從而更好地使兩個結構形成一個整體，共同承擔荷載作用[3]。

3.3 黏貼碳纖維片加固法

黏貼碳纖維片加固法是采用粘結樹脂材料將碳纖維片粘貼于結構或構件表面，形成復合材料體CFRP，通過碳纖維與構件的協同工作，來提高結構或構件的承載力和延性的一種加固技術方法[4]。該方法可以應用于各種橋梁結構的加固，可以快速修復因地震、洪水等自然災害破壞的橋梁結構。這種加固方法不僅適用于主梁，而且對橋墩的加固也有很好的效果。

3.4 黏貼鋼板加固法

這種方法與黏貼碳纖維片加固法類似，只是此方法將碳纖維片換成了鋼板。此方法使受拉區配筋率增加，增大了結構的抗彎承載能力，有效提高了結構強度和剛度，是一種比較有效的橋梁加固方法[5]。此外，此方法對那些主梁鋼筋受損、預應力效應減弱的梁體有較好的加固效果。此方法由于鋼板和原有結構之間采用錨固與粘貼的方法，兩種材料的連接更加緊密，有效提高了其間的共同作用，達到較好的加固效果。

4 結論

當箱型梁橋結構出現問題時，應采用專業的檢測方式分析橋體出現問題的原因。根據具體出現的損傷問題，采用合適的加固方法，增強結構的承載力及耐久性，從而使橋體符合要求的強度與耐久度。

參考文獻：

[1]單成林.舊橋加固設計原理及計算示例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]陳亮，林亞萍，項宏亮.某連續箱梁病害分析及維修加固[J].中外公路，2017（5）：193-196.

[3]梁曾其.混凝土薄壁箱梁體外預應力加固關鍵技術研究[D].重慶：重慶交通大學，2015.

[4]藍建雄.部分預應力混凝土連續箱梁維修加固技術研究[D].廣州：華南理工大學，2012.

[5]袁銅森.預應力混凝土連續箱梁橋裂縫成因分析與維修加固[D].長沙：湖南大學，2006.