空心板梁橋的整體加固設計及加固效果評估

吳有松,戴小冬

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院,湖南長沙 410008；2.中南公路建設及養(yǎng)護技術湖南省重點實驗室,湖南長沙 410008)

空心板梁橋的整體加固設計及加固效果評估

吳有松1，2,戴小冬1，2

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院,湖南長沙 410008；2.中南公路建設及養(yǎng)護技術湖南省重點實驗室,湖南長沙 410008)

采用化學灌漿和板底補強相結合的加固技術對某高速公路上一座空心板梁橋進行了加固設計,并通過荷載試驗對加固效果進行了評估。實踐證明該方法具有對原橋橋下凈空高度影響很小、可較大幅度提高橋梁整體承載能力性能和抗彎剛度、對橋上交通影響較小等顯著優(yōu)點,為空心板梁橋的整體加固設計提供了一種新思路。

空心板橋；加固設計；化學灌漿加固；板底補強加固

0 引言

空心板橋有構造簡單、施工方便、用材經濟、施工速度快、易于實現(xiàn)標準化和工廠化生產等優(yōu)點,被廣泛應用于現(xiàn)代公路橋梁中。運營過程中,部分空心板橋鉸縫破壞明顯,剪力傳遞效果差,造成行車荷載作用時的單板受力,影響行車安全及橋涵的使用壽命。如何改善空心板橋的整體受力性能、避免病害的發(fā)生及發(fā)展,是擺在橋梁加固研究工作者面前的重要問題。本文以某高速公路上一座空心板橋為依托,對空心板橋整體加固技術進行了研究和實踐［3］。

1 工程概況

該橋為某高速一座主線橋,于2000年建成通車。橋跨組合為1×13 m,橋梁全長25 m。橋面凈寬2×12.5 m,總寬28 m。橋梁上部結構為13 m跨徑鋼筋混凝土空心板梁,半幅橋10塊空心板,空心板高度50 cm,中板寬度125 cm,邊板寬度175 cm,見圖1。橋面鋪裝為現(xiàn)澆15 cmC30號防水混凝土,橋面鋪裝混凝土內設置10 cm間距φ8鋼筋網。

圖1 橋梁立面

通過對該橋的檢測發(fā)現(xiàn),橋梁存在以下病害：(1)鉸縫滲水嚴重；(2)空心板底面跨中范圍橫向裂縫較多,部分板底間距15～20 cm就有一條橫向裂縫,部分寬度超過0.2 mm,裂縫處滲水鈣化結晶現(xiàn)象嚴重,見圖2；(3)板底混凝土測試炭化深度1.3～1.5 cm,空心板耐久性較差。

圖2 板底開裂嚴重

2 病害成因分析及加固設計

2.1 病害成因分析

依據檢測報告描述,本橋主要病害為空心板開裂、鉸縫滲水及耐久性較差。

該橋為裝配式鉸接空心板橋,其鉸縫對結構受力具有重要的作用,空心板間豎向剪力的傳遞是靠鉸接構造來實現(xiàn)的,通過該剪力的傳遞實現(xiàn)行車荷載的橫向傳遞及分配。當板間連接強度不足以抵抗行車荷載產生的豎向剪力時,板間填縫混凝土會開裂,而各板由于側向豎向剪力而產生的扭矩作用,加劇了板間混凝土的開裂,在行車荷載作用下,出現(xiàn)所謂“單板受力”現(xiàn)象,違背了空心板橫向分布設計的基本原理［1］。

“單板受力”現(xiàn)象的出現(xiàn),使得某些板受力過大,當板底拉應力超過混凝土極限抗拉強度,在板底將出現(xiàn)橫向的彎曲裂縫,裂縫間距一般較小,裂縫長度可貫通全板。當裂縫貫穿至空心孔內,伴隨著板頂?shù)膿p壞,將引起空心板裂縫滲水［5］。由此可見,本橋病害應為鉸縫破壞所引起的空心板橋“單板受力”現(xiàn)象。

2.2 加固設計

2.2.1 加固方案選取

對于空心板橋“單板受力”病害的加固方法,國內學者與工程界進行了頗多的研究,提出了一系列的工藝、方法,包括：橋面補強加固、橫向粘貼鋼板加固、橫向預應力加固、去梁增肋加固、化學灌漿加固、板底補強加固等［2］,每種加固方案各有利弊。本項目為高速公路主線橋梁,維修加固施工期間不能長時間中斷交通,同時為減少后期養(yǎng)護對交通的影響,要充分考慮加固后結構的耐久性,采用化學灌漿加固和板底補強加固相結合的設計方案。

2.2.2 加固設計

加固設計方案包括兩部分：(1)空心板縫高壓水清洗,灌注拼梁結構灌縫膠,以加強橫向聯(lián)系；(2)空心板板底掛網噴抹高性能復合砂漿：在空心板底鉆孔植入Φ6剪切銷釘,銷釘間距為30 cm× 30 cm,然后在空心板底部布置縱向10 cm×橫向5 cm的Φ12鋼筋網,最后在空心板底部抹壓厚度為4.0 cm,強度為M70的高性能復合砂漿,形成橫向加固結構層,見圖3～圖5。

圖3 化學灌漿加固設計圖

圖4 補強加固設計圖(斷面)(單位:cm)

圖5 板底補強加固設計圖(立面)(單位:cm)

3 加固效果驗證

通過現(xiàn)場荷載試驗及試驗數(shù)據分析,對加固后的橋梁結構受力狀況作出評價。

3.1 測點布置

撓度測點縱向按照橋跨2分點布置,偏載工況測線分布在邊板中線位置附近,在跨中布置兩個測點。測點布置見圖6。

圖6 橋梁撓度測點布置圖

選擇跨中截面為測試截面,測試截面為正彎矩測試截面,下緣受拉,選擇8塊空心板測量應變,將應變計布置于空心板下緣［6］,截面應變測點布置見圖7。

圖7 應變測點布置示意圖

3.2 試驗結果

撓度測試見表1,表中數(shù)據負值為下沉量。各工況下應變測點結果及分析見表2,表中正值為受拉,負為受壓。

表1 偏載撓度測試分析結果

3.3 試驗結論

(1)實測撓度校驗系數(shù)在0.62～0.81之間,滿足《公路橋梁承載能力評定規(guī)程》對鋼筋混凝土結構規(guī)定的范圍(不大于1.0),實測應變校驗系數(shù)在0.50～0.78之間,滿足《公路橋梁承載能力評定規(guī)程》規(guī)定的范圍(不大于1.0),橋梁整體剛度較好,結構受力滿足設計要求。

表2 應變結果分析

(2)從卸載后的相對殘余結果來看,最大相對撓度殘余撓度為0.10,最大相對殘余應變?yōu)?.16,均滿足《公路橋梁承載能力評定規(guī)程》規(guī)定的最大限值(不大于0.20)要求,說明結構處于線彈性工作狀態(tài)。

4 結語

本文實踐了化學灌漿加固和板底補強加固組合加固技術在空心板梁橋橫向加固中的應用。通過荷載試驗的驗證及加固后橋梁整體狀況的觀察,證明該加固技術是成功可行的,且該技術具有以下優(yōu)點：(1)對原橋橋下凈空高度影響很??；(2)不要求原結構表面很平整,加固部分可以與原結構共同工作；(3)可較大幅度提高橋梁整體承載能力性能和抗彎剛度；(4)可以顯著改善板底混凝土耐久性；(5)對橋上交通影響較小,僅需短時間交通封閉；(6)加固后結構外觀效果好。

［1］ 廣東省公路管理局.廣東省公路橋梁維修加固技術指南［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］ 劉近龍.空心板橋整體加固技術研究［D］.陜西西安:長安大學，2012.

［3］ JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程［S］.

［4］ JTG D62- 2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范［S］.

［5］ 張勁泉，魏洪昌，徐岳，等.公路舊橋加固成套技術及工程實例［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［6］ 張樹仁，王宗林.橋梁病害診斷與加固改造設計［M］.北京:人民交通出版社，2006.

U448.213

B

1009-7716(2015)09-0095-03

2015-05-18

吳有松( 1983-),男,湖南婁底人,工程師,從事橋梁設計工作。