預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋火損修復(fù)后承載能力評(píng)定

■ 林 耀

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心站，福州 361000）

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋于2002年建成通車，橋梁總長(zhǎng)608.66m。上部結(jié)構(gòu)采用40m等跨、等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱型梁，總長(zhǎng)608.66m，共15孔。橋?qū)?5.0m，布置為 1.50m（人行道）+12.00m（機(jī)動(dòng)車道）+1.50m（綠化帶）。箱梁采用單箱單室結(jié)構(gòu)，跨中截面梁高2.50m，頂板寬14.0m，底板寬6.0m，底板厚度0.22m。橋墩采用鋼筋混凝土雙柱式墩身直接對(duì)接鉆孔樁基礎(chǔ)。橋臺(tái)采用混凝土耳墻式，鉆孔樁基礎(chǔ)。道路等級(jí)為城市主干道I級(jí)，計(jì)算行車速度60km/h，設(shè)計(jì)荷載為汽車-20級(jí)，掛車-100級(jí)，人群3.50kN/m2。現(xiàn)場(chǎng)橋梁全景如圖1所示。

圖1 橋梁全景圖

2016年2 月8日凌晨01∶30左右，堆積在橋下的廢舊塑料制品因不明原因起火燃燒，約2個(gè)小時(shí)后大火被撲滅。火災(zāi)主要影響范圍為該橋左幅第11跨～第13跨梁體、11#、12#墩柱及其支座。

2 修復(fù)加固總體設(shè)計(jì)

綜合考慮橋梁總體狀況、火災(zāi)損傷程度、本橋所處地理位置等因素，本次修復(fù)設(shè)計(jì)以“安全可靠、簡(jiǎn)單有效、經(jīng)濟(jì)合理”為原則，在將火損缺陷修復(fù)的同時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的加固、改善與補(bǔ)強(qiáng)，并兼顧橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，以確保使用的安全、可靠、耐久。

根據(jù)火損狀況及檢測(cè)分析結(jié)論，本次修護(hù)設(shè)計(jì)總體思路為：

（1）箱梁剝落：對(duì)第11跨～第13跨箱梁腹板和翼緣板混凝土剝落區(qū)，采用逐層找平的方法進(jìn)行修復(fù)；對(duì)第12跨箱梁梁底混凝土剝落區(qū)，采用逐層找平和灌注相結(jié)合的方法進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)對(duì)受損鋼筋進(jìn)行修整與置換，并粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)。在對(duì)第12跨箱梁梁底混凝土剝落區(qū)進(jìn)行修復(fù)時(shí)，為確保灌漿體與原混凝土較好粘合，采用鋼模進(jìn)行支模，再進(jìn)行灌漿。

（2）支座處理：對(duì) 11-1、11-2、12-1、12-2 支座，可在支座上下鋼板相對(duì)位置建立觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)兩點(diǎn)之間的間距（支座壓縮量）變化。觀測(cè)周期為3個(gè)月，每1個(gè)周觀測(cè)一次。若在觀測(cè)期間發(fā)現(xiàn)支座壓縮量異常，則支座需進(jìn)行更換；若無，則按照養(yǎng)護(hù)規(guī)范要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和檢查。

（3）墩柱混凝土剝落：對(duì)混凝土剝落露筋的墩柱采用混凝土抱箍的方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

3 修復(fù)后荷載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

3.1 靜載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

（1）撓度測(cè)試結(jié)果：各測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)為0.89～0.93，相對(duì)殘余撓度最大值為8.2%。各測(cè)試截面撓度校驗(yàn)系數(shù)均小于允許值1.00，相對(duì)殘余撓度最大值均小于允許值20%。

（2）應(yīng)力測(cè)試結(jié)果：各測(cè)試截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)為0.70～0.90，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值為12.5%。各測(cè)試截面應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于允許值1.00，相對(duì)殘余應(yīng)變最大值均小于允許值20%。

3.2 動(dòng)載試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

（1）動(dòng)力特性：本橋左幅實(shí)測(cè)豎向1階自振頻率為3.13Hz，較2014年檢測(cè)結(jié)果略有降低，與理論值相差不大。實(shí)測(cè)值fmi與理論值fdi的比值為0.98。

（2）行車試驗(yàn)：在單車行車速度10km/h、20km/h、30km/h情況下，換算成標(biāo)準(zhǔn)車列后，實(shí)測(cè)得左幅第12跨跨中截面的跑車沖擊系數(shù)介于1.03～1.05，行車對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊作用處于正常范圍。

4 橋梁承載能力評(píng)定

承載能力評(píng)定是檢算本橋主體結(jié)構(gòu)承載能力是否滿足汽車-20、掛-100級(jí)、人群3.5kN/m2設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求。根據(jù)橋梁缺陷狀況檢查結(jié)果和橋梁材質(zhì)狀況與狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)結(jié)果、靜動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果，選取左幅第12跨箱梁，通過進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)荷載基本組合下的荷載效應(yīng)和構(gòu)件的抗力效應(yīng)檢算，評(píng)定本橋的承載能力。

本橋左幅第12跨上部箱梁主體結(jié)構(gòu)火災(zāi)后通過粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)，通過進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)荷載基本組合下的荷載效應(yīng)和構(gòu)件的抗力效應(yīng)檢算，判定災(zāi)后加固對(duì)橋梁的承載力影響程度。

4.1 檢算資料

（1）混凝土：上部結(jié)構(gòu)采用強(qiáng)度等級(jí)為40#混凝土，彈性模量 Ec=3.21×104MPa，重力密度 γ=25.0kN/m3，泊松比μ=0.2，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd=17.5MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftd=1.75MPa。

（2）預(yù)應(yīng)力鋼束：縱向預(yù)應(yīng)力腹板束、底板束均采用12Φ15mm高強(qiáng)鋼絞線，OVM群錨體系，頂板短束采用4Φ15mm高強(qiáng)鋼絞線，扁錨體系，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度Ryb=1860MPa，彈性模量Ey=1.9×105MPa，錨下張拉控制應(yīng)力σk=1395MPa。

（3）普通鋼筋：箍筋采用R235鋼筋，縱向主筋采用HRB335熱軋帶肋鋼筋。

4.2 加固后承載力驗(yàn)算條件

根據(jù)火災(zāi)后試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)修補(bǔ)加固的措施，在加固后的橋梁模型進(jìn)行承載能力檢算時(shí)，對(duì)橋梁進(jìn)行以下幾項(xiàng)條件的修正假設(shè)：

（1）火災(zāi)影響范圍內(nèi)箱梁混凝土強(qiáng)度：此次火災(zāi)對(duì)第12跨距11#墩22.00m～6.00m范圍內(nèi)的混凝土強(qiáng)度造成一定的影響，降低至接近于C30混凝土的強(qiáng)度（C30混凝土彈性模量Ec=3.00×104MPa，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcd=20.1MPa，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftd=2.01 MPa），加固采用逐層找平和灌注高等級(jí)混凝土相結(jié)合的方法，同時(shí)對(duì)受損鋼筋進(jìn)行修整與置換，箱梁整體混凝土強(qiáng)度并未產(chǎn)生較大改變，按不利情況考慮，火災(zāi)影響范圍內(nèi)的混凝土強(qiáng)度仍按C30參與檢算；

（2）受力截面：火災(zāi)使第12跨距11#墩22.00m～6.00m范圍內(nèi)的梁底0mm～45mm高度范圍的梁底混凝土退出了整體受力工作，加固后截面恢復(fù)至原始設(shè)計(jì)尺寸，共同參與受力；

（3）預(yù)應(yīng)力損失：火災(zāi)后根據(jù)火場(chǎng)推定溫度以及火災(zāi)后的外觀檢查結(jié)果，推定火災(zāi)對(duì)橋梁第12跨范圍內(nèi)的預(yù)應(yīng)力約造成20%損失，加固維修未對(duì)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生影響；

（4）粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)效果：火災(zāi)后加固采用粘貼碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng) （加固采用的碳纖維布受拉彈性模量最小為2.4×105 MPa），假設(shè)設(shè)計(jì)荷載對(duì)梁體與碳纖維布產(chǎn)生的相同形變量。

4.3 檢算荷載

（1） 永久荷載

一期恒載包括上部結(jié)構(gòu)自重；二期恒載為橋面鋪裝；混凝土收縮徐變按現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算。

（2） 活載

檢算荷載：汽車-20、人群 3.5kN/m2；

汽車制動(dòng)力及沖擊力：按04設(shè)計(jì)通用規(guī)范，計(jì)沖擊力等各種外力。結(jié)構(gòu)體系溫度為20℃，結(jié)構(gòu)體系溫差為±15℃。

（3） 荷載組合

承載能力極限狀態(tài)：基本組合。其效應(yīng)組合表達(dá)式為：

各參數(shù)見 《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）。

4.4 檢算模型

根據(jù)本橋左幅設(shè)計(jì)施工圖紙、加固后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料以及靜載試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)加固后模型的假設(shè)條件的進(jìn)一步調(diào)整，采用有限元結(jié)構(gòu)分析軟件midas Civil對(duì)本橋左幅第12跨所在的第二聯(lián)（第9跨～第15跨）進(jìn)行橋梁承載能力計(jì)算分析。計(jì)算模型見圖2、圖3。

圖2 模型消隱圖

圖3 模型離散圖

4.5 基于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)加固前后橋梁抗彎承載能力分析比較

在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下本橋左幅第二聯(lián)最不利荷載組合下主梁抗彎承載力彎矩內(nèi)力圖如圖4、圖5所示，第12跨控制截面加固前后抗彎承載能力檢算結(jié)果見表1。

表1 第12跨控制截面加固前后抗彎承載能力檢算

圖4 加固前主梁抗彎承載力彎矩內(nèi)力圖

圖5 加固后主梁抗彎承載力彎矩內(nèi)力圖

由表1可知，加固后本橋左幅第二聯(lián)受損截面的抗彎承載能力得到相應(yīng)的提升，在承載能力極限狀態(tài)下滿足正截面抗彎要求。

5 結(jié)語

本橋在2016年5月進(jìn)行加固維修工程，經(jīng)過橋梁缺損狀況檢查、材質(zhì)狀況檢測(cè)以及靜動(dòng)載試驗(yàn)表明，橋梁上部結(jié)構(gòu)等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的截面承載能力、強(qiáng)度、剛度及動(dòng)力性能等指標(biāo)均滿足原設(shè)計(jì)汽-20、掛-100級(jí)荷載的使用要求，梁底黏貼的碳纖維布、橋墩混凝土抱箍工作性能良好。加固維修一年多來橋梁運(yùn)營(yíng)情況良好。

[1]候旭.混凝土梁式橋火災(zāi)后檢測(cè)評(píng)估與維修加固技術(shù)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

[2]邊廣波，劉維棟，王磊.空腹式鋼筋混凝土箱形拱橋的加固設(shè)計(jì).公路，2017（7）：124-128.

[3]朱曉龍.火災(zāi)后混凝土梁橋結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)定技術(shù)[D].長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.

[4]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG/T J21-2011，公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.