大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁病害與加固方法分析

汪煒強(qiáng)

摘 要：預(yù)應(yīng)力混凝土基于高強(qiáng)度、高剛性和抗裂性，被廣泛用于大跨度橋梁的施工。作為懸臂梁澆筑施工技術(shù)等現(xiàn)代化施工工藝和方法的不斷應(yīng)用，如大跨度橋梁無支護(hù)施工技術(shù)不斷優(yōu)化，使大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工質(zhì)量得到很好的改善。穿過中間腹板和底板的裂縫是混凝土橋梁施工的常見病害。技術(shù)人員需要結(jié)合項目實際情況，采取合理的解決方案和加強(qiáng)方法，提高橋梁施工質(zhì)量。本文詳細(xì)討論了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的損傷和加固方法。

關(guān)鍵詞：大跨徑；預(yù)應(yīng)力；混凝土橋梁；病害；加固方法

隨著公路交通建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋技術(shù)因其成本低、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)良、施工工藝成熟等特點(diǎn)，在橋梁施工中得到了廣泛的應(yīng)用。由于設(shè)計，施工和環(huán)境影響等各種原因，從預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋建成使用中發(fā)現(xiàn)，常見橋梁部分梁體易產(chǎn)生裂縫，跨中范圍有較大下?lián)系葐栴}?；炷翗蛄旱拈_裂和跨中的下?lián)?，不僅影響橋梁美觀，而且影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全和耐久性，隨著裂縫和撓度的不斷發(fā)展，可能會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，甚至威脅行人和車輛造成生命和財產(chǎn)安全的橋梁倒塌。隨著橋梁裂縫的出現(xiàn)和延伸，橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和變形阻力大大降低，有效預(yù)應(yīng)力減小，梁體徐變逐漸放大。特別是橋梁投入使用后，出現(xiàn)較多的裂縫會使結(jié)構(gòu)剛度降低，由此扭轉(zhuǎn)程度越來越深，越過連續(xù)的翹曲和加劇梁的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，兩者都促使從而形成惡性循環(huán)，因此大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁跨中下?lián)系陌l(fā)展成為研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

1裂縫分析

由于混凝土的徐變，其結(jié)構(gòu)的形狀將長期發(fā)生變化。最后，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)部件損壞。技術(shù)人員通過大量的調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)使用更多的徐變預(yù)測模型和不同位置的徐變試驗參數(shù)直接成比例關(guān)系，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格以及實際測量值，所以，真正在工程實際中，只是按照規(guī)范進(jìn)行工程建設(shè)，也不能準(zhǔn)確計算徐變的計算模型，往往導(dǎo)致形變量被低估。許多設(shè)計師沒有意識到徐變會造成的嚴(yán)重后果，也沒有意識到問題的長期性和重要性。

對于較大跨度的橋梁由于頂板和腹板、底板的厚度存在差異，所以不同部位的收縮趨勢不同，箱梁截面的不均勻收縮現(xiàn)象比較明顯，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)在收縮的同時，還可能產(chǎn)生彎曲，引發(fā)跨中下?lián)?。目前，對混凝土截面形狀的重要性和結(jié)構(gòu)的不均勻性的認(rèn)識仍然不足。

混凝土的徐變對橋梁的穩(wěn)定和整體結(jié)構(gòu)的影響還沒有最終確定，同時橋梁的幾何非線性在運(yùn)行過程中和徐變撓度一起產(chǎn)生影響，所以預(yù)彎曲應(yīng)該是在理論計算與經(jīng)驗值結(jié)合后綜合考慮。預(yù)先確認(rèn)后，按曲線進(jìn)行整體分配。為了解決上述問題，需要設(shè)置預(yù)拱值以解決收縮徐變，預(yù)應(yīng)力損失和活載變形的問題。在施工控制過程中，應(yīng)結(jié)合橋梁在預(yù)應(yīng)力損失過程中的徐變和收縮以及活載的變形特性，在施工控制過程中，需要考慮施工荷載線，合理外傾的影響。在整個結(jié)構(gòu)自重過程中，對預(yù)應(yīng)力變量進(jìn)行綜合考慮，實現(xiàn)系統(tǒng)間的合理交換，設(shè)置嚴(yán)格的外傾角，恒定的載荷和溫度、壓縮量。

為了縮短施工時間，施工單位通常會在混凝土中添加一定量的添加劑以優(yōu)化其性能。如混凝土早期彈性模量增大（速度明顯變慢，所以加入一劑早強(qiáng)劑，盡管混凝土能滿足施工要求，但其彈性模量會明顯降低，最大才可以達(dá)到設(shè)計值70%，早期加載混凝土?xí)?dǎo)致其蠕變增加，如果施工管理不嚴(yán)格，也會對預(yù)應(yīng)力造成更大的損失和破壞。結(jié)果表明，如果管道注漿質(zhì)量不合格，會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的有效性與計算值存在較大差異，使預(yù)應(yīng)力不足，撓度增大。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，汽車數(shù)量不斷增加，某些橋梁的實際負(fù)荷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計值，并且大量超重，超載車輛通過橋梁，裂縫也增加，嚴(yán)重影響橋梁的使用壽命。加上大橋管理人員對大橋的維修不仔細(xì)，不及時。在橋梁開裂時，不能及時維修和保養(yǎng)。很容易造成裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，腐蝕鋼筋，同時產(chǎn)生其他嚴(yán)重的質(zhì)量問題。

橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方法并不完善。在薄壁結(jié)構(gòu)中，平面桿系理論被用來代替空間分析系統(tǒng)，這很容易導(dǎo)致較大的誤差。同時，計算結(jié)構(gòu)時，剪力計算不充分，導(dǎo)致抗剪加固不足。橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理，一些設(shè)計師在追求橋梁的美感和跨度時忽略了對箱梁細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的考慮。橫截面越薄，寬跨比越小，寬度比越小，底板和腹板越薄，這就使得齒板的面積減小。橋梁厚度太薄，施工容易出現(xiàn)裂縫。如果薄的底板產(chǎn)生嚴(yán)重的橫向裂紋，相鄰部件也應(yīng)考慮在一定范圍內(nèi)有開裂可能?？v向預(yù)應(yīng)力鋼梁布置不合理。一旦垂直預(yù)應(yīng)力不到位，結(jié)構(gòu)的主要拉應(yīng)力將超過規(guī)范的允許值，從而使結(jié)構(gòu)處于不利位置，并容易發(fā)生剪切斷裂。

2應(yīng)對措施

大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土梁有其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計人員需要結(jié)合實際施工中可能發(fā)生的病害和實際特點(diǎn)，制定相應(yīng)的加固方法。為了實現(xiàn)橋面的線性變化，緩和跨中下?lián)稀⒈苊饬后w裂縫的產(chǎn)生，從而優(yōu)化橋梁的受力性能和運(yùn)行功能。

目前橋梁加固方法較多，各種方法各有利弊，但其原理是一致的，就是遵循力學(xué)的基本原理，從橋梁結(jié)構(gòu)的外部因素和內(nèi)部條件，合理地加強(qiáng)加固，有效提高了承載力。從外部原因來看，加固是為了提高結(jié)構(gòu)的性能，提高梁體的承載能力。常用的方法有擴(kuò)大截面法，外部預(yù)應(yīng)力法和黏貼鋼板法等，從內(nèi)部加固的角度來看，是為了使結(jié)構(gòu)體系得到改善，減小內(nèi)力，但與其他方法相比，這種方法存在很大的風(fēng)險，不適用于大跨度橋梁的應(yīng)用。

通過增加加固面積法可以有效提高梁的剛度，但恒荷載增加值較大，在受力分析的基礎(chǔ)上分析其原因，第一階段是恒載的作用，可以增加下彎量，這種局部加固工作效果成分的方法是顯著的。粘貼鋼板（或碳纖維布）法是一種被動加固方法，可用于輔助加固，良好的局部加固可以避免裂紋擴(kuò)展。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)效果良好，應(yīng)力改善明顯，能有效減少或抑制結(jié)構(gòu)中的裂縫或變形控制，對橋梁的運(yùn)行影響較小。橋梁在正常運(yùn)行時，也可以進(jìn)行加固措施。同時，不需要大量的資金投入，人力資源和經(jīng)濟(jì)方面更加合理。

3結(jié)語

綜上所述，主梁的混凝土結(jié)構(gòu)易發(fā)生一系列病害的影響過程中，如裂縫和撓度，技術(shù)人員需要根據(jù)施工實際情況，采取有效措施和解決方案來解決存在的問題，提高橋梁施工質(zhì)量。這樣，也進(jìn)一步確保大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土的穩(wěn)定性，使其上部結(jié)構(gòu)朝著更輕、高強(qiáng)度的方向發(fā)展。

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（作者單位：江蘇省科佳工程設(shè)計有限公司）