體外預應力加固簡支T梁橋提載效果分析

毛 敏，郭文龍，呂立寧

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

運營中的橋梁不但受到環(huán)境、有害化學物質(zhì)的侵蝕，還要承受風、地震、車輛等自然環(huán)境和人為因素的作用，同時橋梁所采用材料的自身性能也會不斷退化，導致結構各部分不同程度的損傷和劣化；再加上設計規(guī)范和理論的不完善、施工質(zhì)量問題以及運營交通量劇增、車輛超載等多方面的原因，目前相當數(shù)量的橋梁已提前發(fā)生損傷，導致結構退化，甚至出現(xiàn)安全問題，這就涉及到橋梁加固。另外還有相當一部分的橋梁涉及到路網(wǎng)升級，公路等級提高，這使得原有橋梁的承載能力不能滿足要求，需要提載加固。

目前橋梁加固方法有增大截面法、粘貼鋼板加固法、體外預應力加固法、改變結構體系加固法等[1]。其中，體外預應力加固屬于主動加固，加固效果最為顯著[2]。體外預應力鋼束具有布置靈活、受力明確、安全可靠，施工過程無需中斷交通等優(yōu)點；特別是體外預應力在后期結構運營過程中可以實現(xiàn)對鋼絞線進行二次張拉或換索，這些優(yōu)勢是其他加固方法所無法比擬的[3]。

1 工程概況

1.1 橋梁結構形式

橋梁全長144.2 m，橋面單幅寬度為1.75 m(人行道)＋9 m（行車道）＋1.75 m（中央分隔帶）。上部結構為7×20 m鋼筋混凝土簡支T梁，橫向布置5片T梁；下部結構為雙柱式墩、柱式臺，鉆孔灌注樁基礎。橋梁總體布置圖、斷面圖分別見圖1、圖2。原設計荷載等級：汽車-20級，掛車-100。因車流量增大、路網(wǎng)升級等原因，需要將荷載等級提高到公路-Ⅰ級。

圖1 橋梁總體布置圖（單位：cm）

圖2 橋梁斷面圖（單位：cm）

1.2 橋梁提載加固前檢測結果

提載加固前首先對原橋進行檢測，了解橋梁目前的運營狀況；然后選取部分試驗跨進行荷載試驗，評估橋梁的受力性能。

1.2.1 橋梁病害檢測結果

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，橋梁主要病害如下。

a）上部結構 腹板有大量豎向裂縫，主要分布于各跨L/8～7L/8之間，間距30～50 cm，豎向裂縫從梁底向上延伸40～60 cm不等，裂縫寬度一般在0.05～0.2 mm之間。第四跨1號邊梁L/2處有1條豎向裂縫從梁底延伸至翼板根部，縫寬0.5 mm。濕接縫滲水、侵蝕嚴重；混凝土局部剝落、露筋。部分T梁翼板邊緣雨水侵蝕并伴有白華；大部分橫隔板焊接鋼板松動。

b）附屬設施 橋面凹凸不平、有多處龜裂和坑槽，第六跨橋面從5號墩到3L/4范圍有2道2～5 mm寬的縱向裂縫。橋面連續(xù)處均已開裂。部分欄桿破損、銹蝕嚴重，人行道存在嚴重錯臺現(xiàn)象。泄水孔有不同程度的滲水，泄水管銹蝕嚴重，部分支座被填埋。主要典型病害見圖3。

圖3 橋梁典型病害

1.2.2 橋梁荷載試驗結果

2011年8月進行荷載試驗（加固前），加載采用汽車-20級，掛車-100標準加載，加載荷載效率為：跨中正彎94.0%、支點剪力94.0%。荷載試驗結果表明：原橋的抗彎強度及抗彎剛度基本能滿足原設計荷載等級（汽車-20級，掛車-100）的要求，但安全儲備不足。

1.2.3 主要病害原因分析

該橋原設計為普通鋼筋混凝土結構，按照設計梁體允許開裂。但由于該橋車流量大且重載車輛密集，在大流量、密集重載車輛的反復作用下，造成部分裂縫寬度超出了設計允許值，梁體承載能力下降。

預制橫隔板之間僅采用一道6 cm寬的鋼板焊接，橫向聯(lián)系較弱。在汽車荷載的反復作用下，大部分焊接鋼板已松動。這導致部分主梁“單梁受力”，使得單梁承受荷載過大，長期處于超設計荷載狀態(tài)，惡化橋梁受力狀況。橋面鋪裝破損，也加速病害的發(fā)展。

2 提載加固設計總體方案

根據(jù)橋梁病害調(diào)查、加固前荷載試驗報告、提載等級以及理論計算，制定如下體外預應力加固方案：a）拆除橋面鋪裝并鑿除縱向濕接縫。b）處治梁體病害。c）每片T梁腹板兩側各張拉一束3-φS15.2的無黏結預應力鋼鉸線，支點附近豎向粘貼雙層Ⅲ型碳纖維布。d）用鋼板加強橫隔板聯(lián)系，現(xiàn)澆縱向濕接縫。e）澆筑12 cm厚雙層鋼筋網(wǎng)混凝土橋面。

加固設計方案圖見圖4，加固后的實橋效果見圖5。

圖4 加固設計方案圖

圖5 實橋加固效果圖

3 提載加固效果驗證

3.1 加固后荷載試驗結果

2014年3月完成了提載加固后的荷載試驗，本次加載采用公路-Ⅰ級標準加載，加載荷載效率為：跨中正彎99.3%、支點剪力104.1%。試驗結果如下。

由各主要控制測試斷面混凝土正應力校驗系數(shù)表可以看出，加固后正應力的上緣校驗系數(shù)主要集中在0.51～0.65范圍內(nèi)，下緣平均校驗系數(shù)集中在0.51～0.59范圍內(nèi)，表明試驗跨主梁現(xiàn)有的抗彎強度能夠滿足加固設計要求。各主梁控制測試斷面混凝土正應力校驗系數(shù)見表1。

表1 各主要控制測試斷面混凝土正應力校驗系數(shù)表（加固后）

由各主要控制測點撓度校驗系數(shù)表可以看出，加固后撓度值的校驗系數(shù)主要集中在0.54～0.63范圍內(nèi)，平均校驗系數(shù)集中在0.55～0.65范圍內(nèi)，表明試驗跨主梁現(xiàn)有的抗彎剛度能夠滿足加固設計要求。各主要控制斷面撓度校驗系數(shù)見表2。

表2 各主要控制斷面撓度校驗系數(shù)表（加固后）

3.2 加固前后荷載試驗結果對比

為了直觀評估加固效果，2014年3月荷載試驗加載2的荷載效應和2011年8月荷載試驗加載2荷載效應相當。通過對比加固前后結構響應可知，加固后相同荷載效應作用下結構控制斷面下緣應變降低值主要集中在14%～33%，3～5號梁平均降低16%～31%；結構控制斷面撓度降低值主要集中在25%～36%，3～5號梁平均降低21%～38%，加固效果明顯。加固前后應變、撓度對比見表3、表4。

表3 加固前后L/2測試斷面混凝土下緣應變對比表

4 結語

通過加固前后荷載試驗結果對比情況分析：體外預應力加固技術提載效果明顯，在舊橋加固、提載改造方面具有良好的應用前景。