某座預應力連續箱梁腹板抗剪加固方案對比

張宗愛

（遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽110002）

1 概述

該橋建于1995 年9 月。主橋橋跨組合為80m+100m+80m預應力連續箱梁。橋面為凈0.55m(防撞墻)+10.75m(行車道)+0.55m(防撞墻)，總寬11.85m。主橋箱梁采用單箱單室三向預應力混凝土連續結構。設計荷載等級為汽-超20 級，掛-120。

2 箱梁腹板主要病害

該橋主橋連續箱梁兩邊孔腹板支點附近箱梁腹板斜裂縫較多(見圖1)，根據詳細檢測結果顯示，兩邊孔斜裂縫共計97條，最大寬度達到0.6mm；裂縫開展高度30～80cm，裂縫間距30～80cm，斜裂縫在腹板箱內、外側均存在，已貫通箱梁腹板，箱內側裂縫寬度與外側裂縫寬度相近，個別比外側裂縫稍寬。

圖1

3 病害原因分析

該橋上部結構連續箱梁兩邊孔0～L/4 間腹板有較嚴重的斜裂縫，寬度多數已超過規范限值，斜裂縫在箱內、外側均存在，且已貫通箱梁腹板，腹板斜裂縫縫寬0.7mm，高度發展至頂板根部。

經檢算分析，邊跨箱梁距邊支點附近截面最大抗剪尺寸不滿足要求，斜截面承載能力不滿足要求；中跨箱梁距中支點附近截面最大抗剪尺寸不滿足要求，斜截面承載能力不滿足要求。

正應力——邊跨距邊支點28m 處截面下緣應力-2.1MPa，中跨跨中10m 范圍內的截面下緣應力，僅為0.4MPa 左右。偏小。

主應力——邊跨邊支點附近截面最大主拉應力達到3.6MPa，中跨四分點附近主拉應力1.5MPa。

箱梁部分腹板截面尺寸偏小，斜截面承載能力不滿足要求，以及由于豎向預應力損失、溫度與結構空間效應考慮不足引起的截面主拉應力偏大，是箱梁腹板產生大量斜裂縫的主要原因。

4 腹板抗剪加固方案對比

針對以上病害情況，采用常用的腹板抗剪加固方法分析對比如下：

4.1 粘貼碳纖維加固法

以邊跨邊支點為例，根據箱梁腹板斜裂縫檢測及分析結果，確定粘貼碳纖維條的數量，在箱梁0～L/4 間及中支點附近腹板外側進行粘貼加固：

圖2

采用粘貼碳纖維加固法對箱梁腹板承載能力不足的區域進行加固處理。

以控制截面腹板厚度400mm 邊支點腹板附近（NO·1）及中支點附近腹板（NO·2）截面為例，需后加補強碳纖維（300kN 左右），三層碳纖維布，層厚0.167mm，間距為400mm，寬度200mm，對箱梁腹板進行抗剪加固，對比如下：

表1 加固前后抗剪承載力對比

通過上表計算數據分析可知，在腹板斜裂縫開展區域性粘貼碳纖維條進行抗剪加固，受力特點，只承擔活載內力，其應變嚴重“滯后”于原梁鋼筋。原梁變形限制其強度發揮，斜截面抗剪加固區段箱梁的變形相對較小，依附其上的后加補強碳纖維條應力（應變）很小，在極限狀態下，后加補強碳纖維條的應力僅為碳纖維抗拉強度標準值的21.2～24.2%，抗剪承載能力提高幅度非常有限，結構破壞形態表現為原腹板鋼筋首先達到屈服強度，抗剪破壞與原腹板的配筋率有關，加固時考慮分階段受力的影響是非常必要的。

由于受原箱梁斜截面抗剪加固區段變形小，嚴重浪費高強復合碳纖維條的高抗拉性能。

4.2 粘貼鋼板加固法

以邊跨為例，根據箱梁腹板斜裂縫檢測及分析結果，確定粘貼鋼板條的數量，在箱梁0～L/4 間及中支點附近腹板外側進行粘貼加固，并植螺桿錨固，鋼板與原腹板混凝土的共同作用：

圖3

采用粘貼鋼板加固法對箱梁腹板承載能力不足的區域進行加固處理。

以控制截面腹板厚度400mm 邊支點腹板附近（NO·1）及中支點附近腹板（NO·2） 截面為例，需粘貼2mm 厚，間距300mm，100mm 鋼板抗剪加固，對比如下：

表2 加固前后抗剪承載力對比

通過上表計算數據分析可知，在腹板斜裂縫開展區域性粘貼鋼板條進行抗剪加固，斜截面抗剪加固區段箱梁的變形相對較小，依附其上的后加補強鋼板條應力（應變）很小，抗剪承載能力提高幅度非常有限，與小梁試驗結果基本吻合，效果略好于粘貼碳纖維條加固，但是結構破壞形態仍表現為原腹板鋼筋首先達到屈服強度，抗剪破壞與原腹板的配筋率有關，加固時考慮分階段受力的影響是非常必要的。

由于受原箱梁斜截面抗剪加固區段變形小，一定浪費鋼板的抗拉性能。

4.3 增大截面加固法

邊跨為例，根據箱梁腹板斜裂縫檢測及分析結果，可以采用增大截面法對箱梁腹板進行加固維修，以使腹板截面尺寸滿足規范要求，同時可提高斜截面抗剪承載能力，增大腹板剛度，寬箱效應減弱，直接有效的限制裂縫的發展。

橋梁加固構件斜截面抗剪承載力計算公式是以剪壓破壞形態的受力特征為基礎建立的。為此，構件的截面尺寸應滿足下列要求：

圖4

以控制截面腹板厚度400mm 邊支點腹板附近(NO·1)及中支點附近腹板（NO·2）截面為例，邊支點外包25cm 混凝土，中支點外包20cm 混凝土，對比如表3 所示。

通過表3 計算數據分析可知，箱梁腹板采用增大截面法進行抗剪加固，首先可以使腹板截面尺寸滿足規范要求，既保證了加固后的構件破壞是剪壓破壞，與小梁試驗結論吻合；同時能夠有效的提高腹板抗剪承載能力，寬箱效應減弱，結構剛度有所增加，但是增大腹板截面，使結構自重效應增大了5.8%左右，對結構受力有一定的不利影響，這種方法改變不了原有應力狀態，另外組合截面受收縮、徐變等影響容易開裂，為此需要布置一定數量的抗收縮鋼筋，增加造價。

表3 加固前后抗剪承載力對比

5 結論

箱梁腹板抗剪加固，需對目前加固方法研究，再根據具體橋梁病害發展程度，結合結構分析、病害評定，還要結合施工條件、加固目的，使用荷載等級要求等給出具有針對性的方案，力求高效、合理、經濟、適用。

表4 腹板加固方案對比分析表