某T構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力及粘鋼板綜合法加固及效果

俞好愛，羅小秀，李德慧

(江西省交通科學(xué)研究院，江西南昌 330038)

近年來我國修建了大量的預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)橋梁、大跨連續(xù)橋梁，這些橋竣工交付運營后，部分出現(xiàn)了跨中持續(xù)下?lián)?，結(jié)構(gòu)腹板、頂板和底板混凝土開裂等病害，引起了橋梁管養(yǎng)、科研、設(shè)計人員的重視，從設(shè)計、計算、加固等角度提出了許多寶貴措施和意見(如體外預(yù)應(yīng)力、粘貼纖維布、粘貼鋼板等)。本文就體外預(yù)應(yīng)力及粘鋼綜合加固法應(yīng)用于某T構(gòu)橋加固作簡單介紹，并對實橋進行了試驗研究和理論分析，就加固后的橋梁狀況進行了評價。對體外預(yù)應(yīng)力及粘鋼綜合法用于大跨預(yù)應(yīng)力混凝土病害橋梁的適用性和加固方法的優(yōu)缺點進行了簡單分析。

1 工程概況

1.1 原設(shè)計簡介

大橋跨徑布置為(35+60+90+60+35)m(雙幅)，全長280 m，是一座混凝土連續(xù)剛構(gòu)組合橋，見圖1。單幅橋面凈寬為凈10.5+2×0.75 m。橋梁設(shè)計荷載為汽車超-20，掛車-120，人群3.5 kN/m。上部結(jié)構(gòu)采用單箱室箱梁，箱梁采用C50混凝土，墩頂箱梁高度為5.0 m，跨中高度2.0 m，其間的梁高在縱橋向按2.0次拋物線變化。箱梁原設(shè)計設(shè)置縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力。下部結(jié)構(gòu)主墩為兩個薄壁雙柱式墩，其截面尺寸為1.2 m×7.0 m，縱向中心距4.8 m。

1.2 加固前存在的病害

圖1 橋梁立面示意(單位:cm)

該橋建成運營9年后檢查發(fā)現(xiàn):①橋梁中跨跨中出現(xiàn)了下?lián)?0 cm，且在發(fā)展中。②橋梁腹板邊跨、次邊跨及中跨在其四分點12.3 m范圍內(nèi)(5～7號塊)，均出現(xiàn)了大量斜裂縫，裂縫寬度多介于0.1～0.2 mm之間，約45°方向，最大裂縫寬度1.5 mm，表現(xiàn)為明顯的主拉應(yīng)力致開裂特征。③底板距離中跨合龍段兩端各2 m范圍內(nèi)，下緣出現(xiàn)了數(shù)道橫向通縫。其中合龍段內(nèi)有三道寬度＜0.1 mm橫向裂縫，合龍段兩端約2 m范圍內(nèi)各有三道寬度約0.2～1.0 mm的裂縫已延伸到腹板承托部位，這些裂縫有明顯的受彎開裂特征。次邊跨及中跨的主梁底板下緣，從四分點到跨中范圍內(nèi)，出現(xiàn)了對稱于跨中斷面大致與梁底板中心線呈45°方向的斜裂縫，且斜裂縫在橫向?qū)ΨQ于底板中心線，裂縫寬度在0.1～0.2 mm之間，最大裂縫寬度為0.5 mm，系預(yù)應(yīng)力錨固、平彎等引起。④箱室內(nèi)頂板兩條裂縫(距離腹板約1.2 m)自中跨合龍段延伸到墩頂，并穿過墩頂進入次邊跨，到達次邊跨的合龍段端部。

1.3 主要加固措施

在病害檢查、荷載試驗、理論分析基礎(chǔ)上，對橋梁采取加固措施如下:①箱內(nèi)設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力筋提高結(jié)構(gòu)的正截面抗彎承載力，同時抵抗由于腹板、底板粘貼鋼板、中跨跨中范圍找平所增加的荷載。②腹板采用粘貼鋼板法或進行加固補強，抵抗主拉應(yīng)力，控制裂縫發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的耐久性;施加體外預(yù)應(yīng)力，通過設(shè)置跨內(nèi)轉(zhuǎn)向肋，使體外索提供預(yù)剪力，從而增強腹板的抗主拉應(yīng)力能力。③粘鋼板提高合龍段及兩側(cè)連接剛度，恢復(fù)其剛接狀態(tài)。④對開裂寬度＞0.15 mm的腹板、頂板、底板裂縫注漿，寬度＜0.15 mm裂縫表面封閉。⑤橋面鋪裝采用鋼纖維混凝土，并設(shè)置雙層鋼筋網(wǎng)。橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固縱向布置如圖2所示。

圖2 主梁縱向體外預(yù)應(yīng)力筋布置示意(單位:cm)

2 理論分析

橋梁理論分析主要采用橋梁博士有限元程序進行?？紤]使用階段體外預(yù)應(yīng)力束轉(zhuǎn)向點滑移可能性，分別采用體外索轉(zhuǎn)向點剛接模型和無摩擦滑移模型，計算加固后結(jié)構(gòu)試驗荷載下的受力性能;粘貼鋼板作為附加截面與原截面做整體截面考慮。動力特性分析采用ansys程序。

3 加固前后受力性能試驗對比評價

3.1 試驗內(nèi)容、參數(shù)

本橋加固前后，為掌握橋梁承載能力狀況，進行了荷載試驗。主要試驗內(nèi)容有:主跨正彎受力控制截面受力最不利加載(試驗1)，次邊跨正彎受力控制截面受力最不利加載(試驗2)，主跨P4墩頂主梁負彎控制截面受力最不利加載(試驗3)，P5墩頂主梁負彎控制截面受力最不利加載(試驗4)以及橋梁動力試驗(試驗5)。

試驗測試參數(shù)有:各靜載試驗測試結(jié)構(gòu)變形最大部位的撓度、控制截面的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)原開裂部位的裂縫變化、體外索張力變化(加固后試驗);動載試驗測試結(jié)構(gòu)豎向振動頻率、阻尼比等。

3.2 試驗結(jié)果及分析

橋梁加固前后對橋梁進行荷載試驗的結(jié)果見表1和表2。測試過程未見體外預(yù)應(yīng)力筋伸長和轉(zhuǎn)向塊滑移。理論分析僅給出體外索與轉(zhuǎn)向塊固結(jié)模型結(jié)果。

表1及表2中，εs為實測測點應(yīng)變，εl為測點處理論應(yīng)變，fs為控制截面實測撓度，fl為控制截面理論撓度，η為效驗系數(shù)，W為荷載下裂縫寬度變化。

由表中數(shù)據(jù)可以看出:加固前結(jié)構(gòu)試驗荷載下裂縫明顯開展，撓度效驗系數(shù)1.40以上，實測結(jié)構(gòu)基頻較理論值和竣工值明顯偏小，表明病害使加固前結(jié)構(gòu)的整體受力性能出現(xiàn)了嚴重下降。加固后荷載試驗跨中撓度校驗系數(shù)為0.52～0.90，結(jié)構(gòu)豎向抗彎剛度顯著提高，應(yīng)力校驗系數(shù)較加固前結(jié)構(gòu)也恢復(fù)正常。加固后結(jié)構(gòu)實測豎向一階頻率1.650 Hz，大于理論分析頻率值1.608 Hz，說明加固后的結(jié)構(gòu)整體抗彎工作性能得到了較好的恢復(fù)。實測加固后結(jié)構(gòu)體外索未發(fā)現(xiàn)有明顯的索力變化，表明運營階段本橋體外索對結(jié)構(gòu)承擔(dān)運營活載貢獻甚微。

表1 加固前荷載試驗控制斷面加載結(jié)果

表2 加固后荷載試驗控制斷面加載結(jié)果

4 加固方法適用性及優(yōu)缺點

通過應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力及粘鋼板綜合加固法處理本橋的病害問題，總結(jié)本加固方法適用性及優(yōu)缺點如下:

1)體外預(yù)應(yīng)力方法加固適用于橋梁內(nèi)力狀態(tài)不合理，適合通過預(yù)應(yīng)力改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的病害橋梁，其優(yōu)點是能改善結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力狀態(tài)，缺點是運營階段體外束承擔(dān)活載的作用不明顯;

2)粘鋼法加固適用于結(jié)構(gòu)本身因病害、設(shè)計、施工等原因造成的結(jié)構(gòu)截面承載力不足類橋梁的加固，優(yōu)點是改善橋梁運營階段受力，其缺點是不能有效改善結(jié)構(gòu)恒載內(nèi)力狀態(tài)，增加結(jié)構(gòu)自重。

5 結(jié)論及建議

1)通過使用體外預(yù)應(yīng)力、粘鋼板綜合法加固，本橋病害得到較好的治理，結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)、動力及靜力工作性能得到改善，承載能力提高明顯，試驗結(jié)果表明達到了加固的預(yù)期目的。

2)采用體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁，因體外索運營階段增量微小，該階段設(shè)計可不考慮體外索對承擔(dān)活載的貢獻。

3)三向預(yù)應(yīng)力混凝土大跨連續(xù)梁或T構(gòu)橋腹板因主拉應(yīng)力原因開裂，多因豎向預(yù)應(yīng)力損失過大引起，通過粘鋼法和縱向布置體外預(yù)應(yīng)力加固的措施有待改進，建議通過施加縱向體外預(yù)應(yīng)力和豎向體外預(yù)應(yīng)力及綜合措施，改善此類病害橋梁的腹板主應(yīng)力狀態(tài)，以避免設(shè)置過多縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束。

［1］ 李傳習(xí)，李德慧，賀玲鳳．體外預(yù)應(yīng)力索索力計算的新方法［J］．土木工程學(xué)報，2005(6):54-58．

［2］ 廖放明，李德慧，王國安．體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)及其在橋梁工程中的應(yīng)用綜述［J］．中外公路，2005(1):74-77．

［3］ 楊西福．某跨線橋連續(xù)箱梁施工病害的維修與加固［J］．中外公路，2011(3):209-212．

［4］ 劭華英，劉旋云．預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋維修加固技術(shù)的對比研究［J］．中外公路，2010(3):198-202．

［5］ 李宏江，李萬恒．體外預(yù)應(yīng)力在某連續(xù)剛構(gòu)橋加固中的應(yīng)用及其效果分析［J］．鐵道標準設(shè)計，2004(12):48-50．

［6］ 項貽強，姚永?。w外索加固T型剛構(gòu)橋的靜動力試驗研究［J］．中國公路學(xué)報，2004(1):48-50．

［7］ 何華．橋梁加固施工中新技術(shù)的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2008(12):28-30．