連續(xù)剛構(gòu)橋病害成因分析與體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)研究

楊益態(tài)++謝茂宇

摘 要：大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋運營階段常見病害包括跨中長期下?lián)虾土后w開裂，嚴重影響結(jié)構(gòu)安全和耐久性。本文采用有限元方法對某四跨連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固方法進行計算分析，提出體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)應(yīng)用建議，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋；跨中長期下?lián)?；梁體開裂；體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固

中圖分類號：TU393 文獻標識碼：A

隨著我國公路建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，公路橋梁建設(shè)規(guī)模不斷向長、大方向發(fā)展。截止2015年年底，全國公路橋梁達77.92萬座，共計4592.77萬m，橋梁數(shù)量居世界第一。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，受力合理、跨越性能好、行車平順、施工工藝成熟，運營期養(yǎng)護維修費用低，已成為我國大跨徑橋梁建設(shè)的首選橋型。但大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋常見病害為跨中長期下?lián)虾土后w開裂，嚴重影響結(jié)構(gòu)安全和耐久性。本文通過對多跨連續(xù)剛構(gòu)橋跨中長期下?lián)虾土后w開裂等病害成因進行分析，并采取針對性較強的加固措施——體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，應(yīng)用于存在跨中長期下?lián)虾土后w開裂等病害的在役連續(xù)剛構(gòu)橋加固維修中。

1.工程概況

某大橋橋梁全長428.6m，橋梁于1996年12月建成通車。橋面總寬12m，寬度組成為1.5m（人行道）+9m（行車道）+1.5m（人行道）。橋梁跨徑組合為（2×25）+（60+2×100+60）+（2×25）m。主橋為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，引橋為25m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁。設(shè)計荷載：汽車-20級，掛車-100，人群3.5kN/m2。

主橋上部結(jié)構(gòu)箱梁采用單箱單室截面，設(shè)縱向預(yù)應(yīng)力和豎向預(yù)應(yīng)力（頂板設(shè)縱向鋼絞線，且縱向鋼束在頂板內(nèi)設(shè)平彎，在腹板處未設(shè)置下彎；腹板設(shè)豎向粗鋼筋，底板只設(shè)縱向鋼絞線），頂板寬11m，底板寬6m，翼緣板懸臂長2.5m，支點截面梁高5m，跨中截面梁高2.2m，梁高及底板厚度按兩次拋物線變化；頂板厚20cm，底板厚由跨中22cm增至根部50cm，腹板厚30cm，在根部梁段由30cm增至50cm。僅在支點設(shè)橫隔板。箱梁底板橫向保持水平，采用掛籃懸臂施工。下部結(jié)構(gòu)為雙薄壁空心墩，中墩為明挖擴大基礎(chǔ)，兩邊墩為嵌巖樁基礎(chǔ)。

2.主要病害

（1）兩側(cè)邊跨L/4～L/2處箱梁腹板內(nèi)側(cè)存在斜向裂縫；邊跨合攏段附近箱梁腹板內(nèi)側(cè)存在縱向裂縫，箱梁頂板內(nèi)側(cè)存在縱向裂縫；第3跨（邊跨）L/4～3L/4處箱梁底板外側(cè)存在縱向裂縫。

（2）兩個中跨L/4～3L/4處箱梁腹板內(nèi)側(cè)存在斜向裂縫，其中第4跨（中跨）L/2～3L/4處箱梁腹板內(nèi)側(cè)斜向裂縫較為密集，裂縫間距30cm；兩個中跨跨中合攏段附近箱梁底板外側(cè)存在縱向裂縫，頂板內(nèi)側(cè)較多縱向裂縫。

（3）跨中下?lián)希簩B續(xù)剛構(gòu)橋橋面線形進行測量，根據(jù)測量結(jié)果分析可知，箱梁中跨跨中出現(xiàn)較大下?lián)献冃?，下?lián)献畲笾滴挥谥锌缈缰?，弦弧差?1.7cm（未計入成橋預(yù)拱度），跨中最大撓度>計算跨徑的1/1000。

3.加固設(shè)計思路及目標

（1）本橋主橋中跨存在較大程度的下?lián)?，且箱梁腹板存在大量斜向裂縫，裂縫寬度較寬，一定程度上削弱了主梁剛度，惡化橋梁運營狀況，影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，本次加固設(shè)計采用在主橋張拉縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束，并在箱室內(nèi)部分梁段腹板增設(shè)鋼筋混凝土加厚層、腹板斜向粘貼鋼板，以期達到如下設(shè)計目標：

①通過增設(shè)縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束，使主跨跨中有一定的向上位移，抑制主梁下?lián)?，同時抵消加固帶來的自重增加不利影響，并適當改善主梁應(yīng)力狀態(tài)，提高承載能力。

②通過增大橋墩附近節(jié)段腹板截面，改善主梁腹板受力狀態(tài)，提高該段抗剪承載力及主橋剛度。

③通過腹板粘貼鋼板，提高其抗剪承載力，抑制裂縫開展。

（2）為了提高引橋箱梁承載力安全儲備，擬在梁底張拉碳纖維板處理。

（3）處治其他病害，提高結(jié)構(gòu)耐久性，改善或恢復(fù)部分受損構(gòu)件使用功能。

4.加固內(nèi)容及要點

本橋主跨分兩個邊跨及兩個中跨。因主橋中跨出現(xiàn)較大程度的下?lián)?，且箱梁腹板出現(xiàn)大量斜向裂縫，裂縫寬度較寬，一定程度上削弱了主梁剛度。故針對主橋新增12束15Φs15.2mm的縱向體外預(yù)應(yīng)力鋼束，預(yù)留6束15-15的預(yù)應(yīng)力孔道，視后期運營過程中橋梁結(jié)構(gòu)狀況可再行增補縱向預(yù)應(yīng)力體外鋼束。

5.加固后計算分析

通過建立主橋模型進行有限元分析，加固前后主要控制截面正常使用極限狀態(tài)應(yīng)力、撓度計算分析結(jié)果見表1。

加固前后主要控制截面承載能力極限狀態(tài)應(yīng)力計算分析結(jié)果表2。

結(jié)語

由于設(shè)計方法不完善、施工質(zhì)量缺陷、運營期間超載、缺乏日常養(yǎng)護維修等可能造成的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋跨中長期下?lián)虾土后w開裂現(xiàn)象。針對病害成因，明確加固目標，采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，對抑制跨中下?lián)?，改善受力狀況，控制裂縫開展作用十分明顯。同時，為了確保采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的大橋運營安全，實現(xiàn)大橋處于實時監(jiān)控狀態(tài)，考慮橋梁結(jié)構(gòu)形式的特點，建議建立在線健康與安全監(jiān)控系統(tǒng)。為養(yǎng)護管理系統(tǒng)提供詳細、必要的數(shù)據(jù)，為養(yǎng)護需求、措施提供科學(xué)依據(jù)，確保結(jié)構(gòu)安全運營的目的，起到預(yù)防性養(yǎng)護的作用。

參考文獻

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