雙幅連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)非破壞性檢測(cè)與加固技術(shù)研究

李裕良

（廣西路橋工程集團(tuán)有限公司道橋分公司，廣西 南寧 530200）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，橋梁作為城市交通的重要組成部分，承載著越來(lái)越重的交通負(fù)荷。然而，隨著使用年限的延長(zhǎng)和受自然力的作用，許多舊有的橋梁結(jié)構(gòu)存在不同程度的老化、病害和結(jié)構(gòu)損傷等問(wèn)題，給橋梁的安全運(yùn)行帶來(lái)了一定的隱患。對(duì)于橋梁潛在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，非破壞性檢測(cè)技術(shù)成為一種重要的檢測(cè)手段。非破壞性檢測(cè)技術(shù)具有無(wú)損、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能夠全面評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況，為后續(xù)的加固設(shè)計(jì)和維護(hù)工作提供依據(jù)。現(xiàn)有研究表明，非破壞性檢測(cè)技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)評(píng)估中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。這些技術(shù)包括超聲波檢測(cè)、磁粉探傷、紅外熱像法等，可在不影響結(jié)構(gòu)完整性的情況下，獲取結(jié)構(gòu)的內(nèi)部信息，從而判斷結(jié)構(gòu)的健康狀況。龐學(xué)冬等［1］提出在加固技術(shù)方面，對(duì)不同類型的橋梁?jiǎn)栴}應(yīng)采取不同的針對(duì)性的解決方案，例如新材料的使用。陳海兵等［2］提出鋼板剪力墻、碳纖維加固、預(yù)應(yīng)力加固等創(chuàng)新的加固方法。這些研究在提升橋梁結(jié)構(gòu)的荷載承載能力、延長(zhǎng)其使用壽命、改善其抗震性能等方面都取得了一定的成果。本研究旨在深入探討雙幅連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)的非破壞性檢測(cè)與加固技術(shù)，通過(guò)利用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，提升橋梁結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性，為城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

1 工程概況

某高速鐵路公鐵大橋是一座預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁橋，總長(zhǎng)180 m，共有3個(gè)分幅，每個(gè)分幅長(zhǎng)度為60 m、寬度為16.75 m。支座設(shè)置在Pm12 號(hào)橋墩上，用于支撐橋梁結(jié)構(gòu)。箱梁邊支點(diǎn)橫梁的厚度為1.5 m，箱梁中支點(diǎn)橫梁的厚度為2 m。橋梁兩端懸臂部分采用加厚段，加厚至70 cm，加厚段的長(zhǎng)度為1.5 m。縱、橫向的預(yù)應(yīng)力鋼束采用公稱直徑為15.2 mm 的高強(qiáng)低松弛鋼絞線，用于施加預(yù)應(yīng)力，提升了橋梁的承載能力。豎向預(yù)應(yīng)力采用JL32 精軋螺紋鋼筋，用于增強(qiáng)橋梁的抗彎能力。對(duì)該大橋進(jìn)行加固施工的主要原因包括橋梁承載能力不足、橋梁老化和損傷、防災(zāi)減災(zāi)要求以及延長(zhǎng)橋梁使用壽命。交通量增加、車輛載重增大等因素可能導(dǎo)致采用原始設(shè)計(jì)的橋梁無(wú)法滿足要求，因此需要加固以提升其承載能力。隨著時(shí)間推移，橋梁結(jié)構(gòu)可能會(huì)受到自然環(huán)境和交通荷載因素的影響而出現(xiàn)損傷，加固施工可以修復(fù)受損部分。

2 加固措施對(duì)比選擇

表1為不同的加固措施優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和適用性的對(duì)比，對(duì)表1 中的橋梁加固措施進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

表1 加固措施對(duì)比

（1）不同的加固措施各具優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。梁體加固相對(duì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適用于整體結(jié)構(gòu)加固；鋼筋加固可增強(qiáng)橋梁的強(qiáng)度和剛度，施工相對(duì)靈活；預(yù)應(yīng)力加固可有效抵抗荷載和撓度；橋墩加固可增強(qiáng)橋墩的穩(wěn)定性和抗震能力；體外橫系梁法加固可提升橋梁的整體穩(wěn)定性［3］。

（2）在選擇加固措施時(shí)，需要綜合考慮橋梁的具體狀況、預(yù)算限制、施工時(shí)間等因素。不同的加固措施適用于不同的情況，沒(méi)有一種通用的最佳選擇。本案例選擇體外橫系梁法進(jìn)行橋梁加固效果的分析和論證。

3 體外橫系梁加固分析

3.1 計(jì)算模型

使用計(jì)算軟件（如Ansys、Abaqus 等）創(chuàng)建三維有限元模型。根據(jù)橋梁實(shí)際的幾何形狀和尺寸，構(gòu)建橋梁的初始幾何模型。根據(jù)實(shí)際情況，定義橋梁材料的力學(xué)性質(zhì)，包括彈性模量、泊松比和材料密度等。在本模型中添加體外橫系梁加固結(jié)構(gòu)，選擇不同的截面厚度進(jìn)行分析。考慮4種形式的截面厚度：30 cm、50 cm、70 cm 和90 cm。建筑結(jié)構(gòu)細(xì)部有限元模型如圖1所示。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)細(xì)部有限元模型

3.2 承載力分析

表2為本項(xiàng)目不同橫梁厚度下，最不利彎矩的對(duì)比數(shù)據(jù)。比較無(wú)橫梁和不同橫梁厚度下的最不利彎矩，結(jié)果如下。

表2 不同橫梁厚度下最不利彎矩

（1）邊跨跨中最不利彎矩：在30 cm 橫梁厚度下，最不利彎矩相對(duì)于無(wú)橫梁情況減少了32.09%；在其他橫梁厚度下，最不利彎矩相對(duì)于無(wú)橫梁的情況有所增加。

（2）中墩支點(diǎn)最不利彎矩：在70 cm 橫梁厚度下，最不利彎矩相對(duì)于無(wú)橫梁情況增加了35.09%［4］；在其他橫梁厚度下，最不利彎矩相對(duì)于無(wú)橫梁的情況有所減少。

（3）中跨跨中最不利彎矩：在70 cm 橫梁厚度下，最不利彎矩相對(duì)于無(wú)橫梁情況減少了28.80%。

根據(jù)以上分析結(jié)果，可以得出結(jié)論：30 cm 橫梁厚度對(duì)邊跨跨中最不利彎矩的減小效果較為明顯。70 cm 橫梁厚度對(duì)中墩支點(diǎn)和中跨跨中最不利彎矩的增加效果較為明顯。

表3為不同橫梁厚度下最不利剪力的對(duì)比數(shù)據(jù)，這些數(shù)值表示橫梁在受剪加載時(shí)承受的最大剪力。不同橫梁厚度下的最不利剪力值在13 921.7 kN·m 左右。最不利剪力發(fā)生在不同的位置（D1，D2，D3），這些位置表示在橫梁上的這些特定點(diǎn)受到的剪力作用最大。具體位置取決于橫梁的幾何形狀和施加載荷的情況。通過(guò)比較不同橫梁厚度下的最不利剪力值，可以觀察到不同厚度的橫梁在剪力承載能力上的差異。通常情況下，較厚的橫梁具有更高的抗剪能力，因此其最不利剪力值相對(duì)較大。不同橫梁厚度下最不利剪力的最大提升幅度為31.90%～33.62%，這表示相對(duì)于無(wú)橫梁的情況，不同橫梁厚度下的最不利剪力值有所增加，原因可能是橫梁的抗剪能力增強(qiáng)，使其能夠承受更大的剪力。

表3 不同橫梁厚度下最不利剪力

3.3 抗裂及抗震分析

3.3.1 抗裂分析

表4為不同橫梁厚度下最大拉應(yīng)力對(duì)比數(shù)據(jù)，這些數(shù)值表示橫梁在受拉加載時(shí)承受的最大應(yīng)力。根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)，不同橫梁厚度下的最大拉應(yīng)力值在0.41～1.41 MPa。最大拉應(yīng)力發(fā)生在不同的位置（邊跨跨中下緣、中墩支點(diǎn)上緣、中跨跨中下緣）。這些位置表示在橫梁上的特定點(diǎn)受到的拉應(yīng)力作用最大。具體位置取決于橫梁的幾何形狀和施加載荷的情況。通常情況下，較厚的橫梁具有更高的抗拉能力，因此其最大拉應(yīng)力值相對(duì)較小。最大提升幅度為38.81% ～36.07%。表示相對(duì)于無(wú)橫梁的情況，不同橫梁厚度下的最大拉應(yīng)力有所減小。

表4 不同橫梁厚度下最大拉應(yīng)力對(duì)比

表5為不同橫梁厚度下最大壓應(yīng)力對(duì)比數(shù)據(jù)，這些數(shù)值表示橫梁在受壓加載時(shí)承受的最大應(yīng)力。根據(jù)表5 的數(shù)據(jù)，不同橫梁厚度下的最大壓應(yīng)力值在8.47～15.61 MPa。最大壓應(yīng)力發(fā)生在不同的位置（邊跨跨中下緣、中墩支點(diǎn)上緣、中跨跨中下緣）。這些位置表示在橫梁上的特定點(diǎn)受到的壓應(yīng)力作用最大。具體位置取決于橫梁的幾何形狀和施加載荷的情況。通常情況下，較厚的橫梁具有更高的抗壓能力，因此其最大壓應(yīng)力值相對(duì)較小。最大提升幅度為10.37%～13.45%。表示相對(duì)于無(wú)橫梁的情況，不同橫梁厚度下的最大壓應(yīng)力有所減小。

3.3.2 抗震分析

圖2 為不同橫梁厚度下固定墩墩底抗彎承載能力的對(duì)比圖，根據(jù)圖2 的數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：①橫向抗彎承載能力隨著橫梁厚度的增加而逐漸增加，表明增加橫梁的厚度可以提高橋梁在橫向受力下的彎曲承載能力［5］。②縱向抗彎承載能力在較小的橫梁厚度范圍內(nèi)先增加后減小，表明在某些情況下，增加橫梁的厚度可能會(huì)提高橋梁在縱向受力下的彎曲承載能力，但超過(guò)一定厚度后不再有效。③在給定的橫梁厚度范圍內(nèi)，縱向抗彎承載能力通常高于橫向抗彎承載能力，因此在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，應(yīng)關(guān)注橋梁在縱向受力下的彎曲承載能力。④兩條曲線都呈現(xiàn)出平滑的拋物線形態(tài)，表明橋梁的抗彎承載能力隨著橫梁厚度的變化而連續(xù)變化，沒(méi)有出現(xiàn)突變或不連續(xù)的情況［6］。

圖2 不同橫梁厚度下固定墩墩底抗彎承載能力對(duì)比曲線圖

綜上所述，橫梁的厚度對(duì)橋梁的抗彎承載能力有重要影響。在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，需要綜合考慮橫向和縱向的抗彎承載能力，并選擇合適的橫梁厚度以滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)雙幅連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行非破壞性檢測(cè)與加固技術(shù)的研究，得出以下結(jié)論：①隨著橫梁厚度的增加，橋梁的最不利剪力、拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的數(shù)值都發(fā)生了變化。較厚的橫梁表現(xiàn)出更高的抗剪、抗拉和抗壓能力，可以承受更大的荷載。②增加橫梁厚度是一種有效的加固措施，可以減小最大剪力、拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

加固措施的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體橋梁的情況和需求進(jìn)行，并與專業(yè)的結(jié)構(gòu)工程師合作，以確保橋梁的安全可靠。本研究為雙幅連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)的非破壞性檢測(cè)與加固提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，為橋梁工程的安全和可持續(xù)發(fā)展提供了參考和指導(dǎo)。