大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋加固效果的深入分析研究

孟慶陽

(中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，北京 100011)

1 研究背景

本次通過實(shí)際營運(yùn)的公路橋梁做為案例，在運(yùn)營多年后發(fā)現(xiàn)較多的結(jié)構(gòu)性裂縫，裂縫在受力關(guān)鍵部位較集中且多為腹板延申至底板的L形裂縫。在經(jīng)過多方論證后采用體內(nèi)預(yù)應(yīng)力+增大截面的方法進(jìn)行加固。本文主要研究用靜載試驗(yàn)的方法判斷大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋體內(nèi)預(yù)應(yīng)力+增大截面方法的加固效果及增大截面處新舊混凝土協(xié)同受力的情況，為我國的長大橋梁養(yǎng)護(hù)保駕護(hù)航。

2 工程概況

某特大橋全長1 341 m。主橋(第10跨～13跨)上部結(jié)構(gòu)采用(65+2×120+65) m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁。主橋梁體和引橋小箱梁采用C50混凝土；主橋主墩身采用C40混凝土，承臺(tái)和樁基采用C30混凝土；引橋墩身、蓋梁、橋臺(tái)均采用C30混凝土，樁基采用C25混凝土。設(shè)計(jì)荷載公路-I級。

2014年橋梁檢測時(shí)，該橋整體橋梁技術(shù)狀況等級評為3類，主橋上部結(jié)構(gòu)箱梁技術(shù)狀況評分為4類。病害為：箱梁頂板存在較多的縱向裂縫，底板跨中附近存在縱向裂縫，混凝土存在空洞且開裂嚴(yán)重。

2015年橋梁檢測時(shí)，該橋左右幅技術(shù)狀況等級均評定為3類，其中主橋上部結(jié)構(gòu)狀況較差，技術(shù)狀況等級評定為4類，荷載試驗(yàn)結(jié)果主跨校驗(yàn)系數(shù)>1，結(jié)構(gòu)剛度不滿足要求，實(shí)際承載能力無法滿足公路-I級設(shè)計(jì)荷載的要求。主要病害情況為：箱梁腹板豎向裂縫、底板橫向裂縫，腹板斜向裂縫，底板和頂板縱向裂縫，底板空鼓等。與2014年檢測相比原有病害沒有明顯變化，但是新發(fā)現(xiàn)底板橫向裂縫。

2016年橋梁檢測時(shí)，左右幅主橋技術(shù)狀況等級評定為3類，左右幅引橋技術(shù)狀況等級評定為3類，但是主橋及引橋上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件技術(shù)狀況等級均為4類。主要病害情況為：箱梁腹板豎向裂縫、底板橫向裂縫，腹板斜向裂縫，底板和頂板縱向裂縫，底板崩裂等。與2015年檢測相比裂縫寬度和長度均有所發(fā)展，頂?shù)装宓目v向裂縫相對增加較多。

根據(jù)2015年和2016年橋梁定期檢測報(bào)告，結(jié)合橋梁實(shí)際情況并依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，采取切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的維修處治措施，修復(fù)受損構(gòu)件，改善結(jié)構(gòu)耐久性能，使其滿足使用功能要求。主要措施為對主橋腹板進(jìn)行增大截面，步置體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束加固。

3 檢測方案

現(xiàn)場靜載試驗(yàn)選取主橋第10跨、11跨。根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及[文獻(xiàn)1]中的規(guī)定，結(jié)合計(jì)算分析選取以下工況進(jìn)行靜載試驗(yàn)，如圖1所示，為各測試截面應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖。①工況一：第10跨最大正彎矩偏載測試(A截面)；②工況二：第10跨最大正彎矩中載測試(A截面)；③工況三：第10號墩頂負(fù)彎矩偏載測試(B截面)；④工況四：第10號墩頂負(fù)彎矩中載測試(B截面)；⑤工況五：第11跨跨中最大正彎矩偏載測試(C截面)；⑥工況六：第11跨跨中最大正彎矩中載測試(C截面)。

圖1 各測試截面應(yīng)變測點(diǎn)布置示意圖(單位：cm)

4 協(xié)同受力結(jié)果與分析

1)工況一試驗(yàn)荷載布置(單位：με)。①A1A2/A7A8測點(diǎn)，箱外1.2，箱內(nèi)1.0，箱內(nèi)占箱外83.3%；②A3A4、A9A10測點(diǎn)，箱外10.1，箱內(nèi)8.9，箱內(nèi)占箱外88.1%；③A5A6、A11A12測點(diǎn)，箱外23.3，箱內(nèi)19.8，箱內(nèi)占箱外85.0%；④A23A24、A25A26測點(diǎn)，箱外0.8，箱內(nèi)0.7，箱內(nèi)占箱外87.5%；⑤A21A22、A27A28測點(diǎn)，箱外8.5，箱內(nèi)7.5，箱內(nèi)占箱外88.2%；⑥A19A20、A29A30測點(diǎn)，箱外19.0，箱內(nèi)17.4，箱內(nèi)占箱外91.6%。

2)工況二試驗(yàn)荷載布置(單位：με)。①A1A2、A7A8測點(diǎn)，箱外0.8，箱內(nèi)0.7，箱內(nèi)占箱外87.5%；②A3A4、A9A10測點(diǎn)，箱外9.3，箱內(nèi)8.3，箱內(nèi)占箱外89.2%；③A5A6、A11A12測點(diǎn)，箱外20.6，箱內(nèi)18.6，箱內(nèi)占箱外90.3%；④A23A24、A25A26測點(diǎn)，箱外0.8，箱內(nèi)0.7，箱內(nèi)占箱外87.5%；⑤A21A22、A27A28測點(diǎn)，箱外8.5，箱內(nèi)7.9，箱內(nèi)占箱外92.9%；⑥A19A20、A29A30測點(diǎn)，箱外19.8，箱內(nèi)18.0，箱內(nèi)占箱外90.9%。

3)工況三試驗(yàn)荷載布置(單位：με)。①B1B2、B9B10測點(diǎn)，箱外19.8，箱內(nèi)18.9，箱內(nèi)占箱外95.5%；②B3B4、B11B12測點(diǎn)，箱外6.6，箱內(nèi)6.1，箱內(nèi)占箱外92.4%；③B5B6、B13B14測點(diǎn)，箱外-5.9，箱內(nèi)-4.9，箱內(nèi)占箱外83.1%；④B7B8、B15B16測點(diǎn)，箱外-17.1，箱內(nèi)-16.4，箱內(nèi)占箱外95.9%；⑤B26B27、B28B29測點(diǎn)，箱外17.1，箱內(nèi)16.1，箱內(nèi)占箱外94.2%；⑥B24B25、B30B31測點(diǎn)，箱外5.8，箱內(nèi)5.5，箱內(nèi)占箱外94.8%；⑦B22B23、B32B33測點(diǎn)，箱外-5.1，箱內(nèi)-4.3，箱內(nèi)占箱外84.3%；⑧B20B21、B34B35測點(diǎn)，箱外-15.9，箱內(nèi)-14.9，箱內(nèi)占箱外93.7%。

4)工況四試驗(yàn)荷載布置(單位：με)。①B1B2、B9B10測點(diǎn)，箱外17.9，箱內(nèi)16.7，箱內(nèi)占箱外93.3%；②B3B4、B11B12測點(diǎn)，箱外5.8，箱內(nèi)5.6，箱內(nèi)占箱外96.6%；③B5B6、B13B14測點(diǎn)，箱外-5.1，箱內(nèi)-4.4，箱內(nèi)占箱外86.3%；④B7B8、B15B16測點(diǎn)，箱外-15.9，箱內(nèi)-14.9，箱內(nèi)占箱外93.7%；⑤B26B27、B28B29測點(diǎn)，箱外17.9，箱內(nèi)16.7，箱內(nèi)占箱外93.3%；⑥B24B25、B30B31測點(diǎn)，箱外6.2，箱內(nèi)5.8，箱內(nèi)占箱外93.5%；⑦B22B23、B32B33測點(diǎn)，箱外-5.4，箱內(nèi)-5.0，箱內(nèi)占箱外92.6%；⑧B20B21、B34B35測點(diǎn)，箱外-16.3，箱內(nèi)-15.5，箱內(nèi)占箱外95.1%。

5)工況五試驗(yàn)荷載布置(單位：με)。①C1C2、C7C8測點(diǎn)，箱外-12.4，箱內(nèi)-11.2，箱內(nèi)占箱外90.3%；②C3C4、C9C10測點(diǎn)，箱外18.6，箱內(nèi)17.9，箱內(nèi)占箱外96.2%；③C5C6、C11C12測點(diǎn)，箱外50.9，箱內(nèi)47.0，箱內(nèi)占箱外92.3%；④C23C24、C25C26測點(diǎn)，箱外-9.3，箱內(nèi)-8.4，箱內(nèi)占箱外90.3；⑤C21C22、C27C28測點(diǎn)，箱外15.5，箱內(nèi)14.0，箱內(nèi)占箱外90.3%；⑥C19C20、C29C30測點(diǎn)，箱外41.2，箱內(nèi)37.0，箱內(nèi)占箱外89.8%。

6)工況六試驗(yàn)荷載布置(單位：με)。①C1C2、C7C8測點(diǎn)，箱外-11.7，箱內(nèi)-10.2，箱內(nèi)占箱外87.2%；②C3C4、C9C10測點(diǎn)，箱外17.5，箱內(nèi)16.1，箱內(nèi)占箱外92.0%；③C5C6、C11C12測點(diǎn)，箱外47.0，箱內(nèi)42.7，箱內(nèi)占箱外90.9%；④C23C24、C25C26測點(diǎn)，箱外-9.7，箱內(nèi)-9.1，箱內(nèi)占箱外93.8；⑤C21C22、C27C28測點(diǎn)，箱外17.9，箱內(nèi)16.5，箱內(nèi)占箱外92.2%；⑥C19C20、C29C30測點(diǎn)，箱外43.9，箱內(nèi)40.9，箱內(nèi)占箱外93.2%。

5 靜載試驗(yàn)結(jié)果與分析

校驗(yàn)系數(shù)即指某一測點(diǎn)的實(shí)測值與相應(yīng)理論計(jì)算值的比值。在同一荷載作用下應(yīng)滿足η<1，代表橋梁實(shí)際狀況要好于理論狀況[2]。由表1可以看出，測試截面應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)<1，均滿足要求。

實(shí)測殘余變形或應(yīng)變與實(shí)測總變形或應(yīng)變的比值越小結(jié)構(gòu)越接近彈性工作狀態(tài)，一般要求≤0.20。由表2可以看出，主要控制測點(diǎn)應(yīng)變和撓度相對殘余值均<0.2，滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)彈性恢復(fù)能力較強(qiáng)。

表1 校驗(yàn)系數(shù)評定 單位：με/mm

表2 殘余值評定 單位：με/mm

6 結(jié) 論

本特大橋在控制荷載作用下，試驗(yàn)跨控制構(gòu)件呈線彈性工作狀態(tài)，主要測點(diǎn)應(yīng)變、撓度校驗(yàn)系數(shù)<1，相對殘余變形≤0.2。各個(gè)截面的增大截面處、箱內(nèi)及箱外測點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測平均值，在各測試工況下均已達(dá)到或超過原構(gòu)件測點(diǎn)應(yīng)變實(shí)測平均值的80%，甚至個(gè)別工況達(dá)到90%以上，表明各個(gè)截面的增大截面與原結(jié)構(gòu)協(xié)同受力基本良好。

通過本次試驗(yàn)表明，此種體內(nèi)預(yù)應(yīng)力對于大跨徑剛構(gòu)橋的加固方法，雖然在一定程度上增加了一部分橋梁自重，改變了一些原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，但在加固效果方面實(shí)測校檢系數(shù)有所降低，已滿足規(guī)范要求，基本實(shí)現(xiàn)了承載能力的提高，同時(shí)增加了橋梁運(yùn)營的安全性，并且新增部分混凝土與原結(jié)構(gòu)協(xié)同受力方面也基本良好。

7 結(jié)束語

綜上所述，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固+增大截面方式，是提高大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋承載能力、保障舊橋安全運(yùn)營的穩(wěn)固、可靠的選擇。本次研究可為今后類似工程提供借鑒。

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