連續(xù)梁橋的主要病害及體外預(yù)應(yīng)力加固方法的論述

摘 要：目前，國(guó)內(nèi)外建設(shè)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋普遍存在梁體開(kāi)裂和跨中下?lián)系膯?wèn)題[1]。體外預(yù)應(yīng)力加固是一種積極有效的主動(dòng)加固方法，能提高結(jié)構(gòu)承載能力、改善跨中下?lián)蠣顟B(tài)和增大主梁壓應(yīng)力儲(chǔ)備，且該技術(shù)以其優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于在役橋梁的加固工程中。

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力加固；混凝土；連續(xù)梁橋

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.093

1 主要病害及常用的加固方法

1.1 連續(xù)梁橋的主要病害

因?yàn)椴糠诸A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在設(shè)計(jì)時(shí)容許結(jié)構(gòu)在活載作用下出現(xiàn)拉應(yīng)力，橋梁經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，梁體材料性能退化，大部分橋梁會(huì)出現(xiàn)不同病害，主要病害是箱梁混凝土梁體出現(xiàn)不同性質(zhì)的裂縫。裂縫的形成在實(shí)際工程中往往是多個(gè)因素綜合作用的結(jié)果，主要表現(xiàn)為：箱梁墩頂豎向裂縫、跨中底板橫向裂縫、腹板斜裂縫，裂縫導(dǎo)致箱梁剛度明顯下降、承載能力不足。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁裂縫產(chǎn)生的原因具有一定的規(guī)律性，只有對(duì)裂縫的成因認(rèn)真分析總結(jié)，才能有針對(duì)性的提出防止裂縫產(chǎn)生和加固箱梁的措施。

（1）腹板裂縫。腹板開(kāi)裂的主要原因?yàn)橹骼瓚?yīng)力、豎向正應(yīng)力、錨固區(qū)張拉應(yīng)力過(guò)大，由于箱梁支點(diǎn)周圍剪應(yīng)力較大且豎向預(yù)應(yīng)力損失較大，當(dāng)箱梁在設(shè)計(jì)時(shí)抗剪能力不足時(shí)，便會(huì)在支點(diǎn)附近處產(chǎn)生45°方向的斜裂縫，對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，大量預(yù)應(yīng)力束錨固于邊跨端部，同時(shí)橋梁端部要傳遞支座提供的反力。在建造施工過(guò)程中受施工和體系轉(zhuǎn)化的影響，橋梁端部要承受巨大的剪應(yīng)力和一定的次內(nèi)力，使構(gòu)件受力復(fù)雜，容易產(chǎn)生腹板斜裂縫。

（2）頂、底板裂縫。頂?shù)装辶芽p產(chǎn)生的主要原因?yàn)楹奢d下的畸變和橫向彎曲作用的結(jié)果，對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，頂?shù)装彘_(kāi)裂的主要原因?yàn)樵陬A(yù)應(yīng)力錨固端及齒板處受力復(fù)雜產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，且受溫度作用影響顯著。另外，箱梁結(jié)構(gòu)中，錨固預(yù)應(yīng)力的齒板及橫隔板空洞周圍處常產(chǎn)生裂縫或者其他病害，主要原因?yàn)閼?yīng)力過(guò)于集中。

1.2 連續(xù)梁橋加固的常用方法概述

部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋病害已成為影響公路正常使用的重要因素，同時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)病害增大了交通事故發(fā)生的隱患，對(duì)此類結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的病害進(jìn)行分析總結(jié)，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)不同病害采取相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)加固方法，使其滿足橋梁承載能力要求。目前，常用體外預(yù)應(yīng)力加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法、粘貼鋼板加固法，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行提載加固。

混凝土橋梁、板橋的抗彎和抗剪加固多采用粘貼碳纖維片加固的方法，對(duì)于配筋較低或鋼筋銹蝕嚴(yán)重的板梁進(jìn)行抗彎及抗剪加固可取得很好的效果，而此方法對(duì)于配筋量較高的橋梁加固后效果不明顯，因此常采用粘貼碳纖維片混凝加固法增補(bǔ)橋梁結(jié)構(gòu)承載能力。此方法同樣適用于混凝土墩柱抗剪、抗壓能力補(bǔ)強(qiáng)及地震后的橋梁結(jié)構(gòu)修復(fù)等。經(jīng)過(guò)實(shí)橋加固效果評(píng)價(jià)可知按此方法進(jìn)行模擬計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)相似，因此在一般情況下采用粘貼碳纖維片法加固橋梁時(shí)可按該方法進(jìn)行分析計(jì)算。相較于橋梁結(jié)構(gòu)自身重量碳纖維貼片的重量可忽略不計(jì)，按該方法加固不會(huì)對(duì)構(gòu)件施加額外的荷載。

粘貼鋼板加固法是以鋼板代替增設(shè)的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，結(jié)構(gòu)未發(fā)生破壞前外貼鋼板與混凝土之間粘結(jié)性能較好，一旦進(jìn)入破壞階段，大部分鋼板與混凝土之間將發(fā)生剝離現(xiàn)象，并伴有斜向裂縫，隨著橋梁結(jié)構(gòu)不斷承受外界荷載，裂縫逐漸擴(kuò)大，鋼板應(yīng)力顯著增大，最終混凝土將被撕裂從而導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)承載力下降，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生破壞。

2 連續(xù)梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固方法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 連續(xù)梁橋的國(guó)外研究現(xiàn)狀

1996年Hiroshi Mutsuyoshi等通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼筋所導(dǎo)致的二次效應(yīng)，充分考慮預(yù)應(yīng)力筋增加的應(yīng)力，分析體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁應(yīng)力增量在極限狀態(tài)下的計(jì)算公式。

1997年，K.H.T等通過(guò)對(duì)7片T形梁采用沿梁長(zhǎng)直線布置預(yù)應(yīng)力筋加固進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過(guò)分析加固構(gòu)件的狀態(tài)，得知在計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁極限狀態(tài)強(qiáng)度及破壞形式時(shí)采用壓、拉桿計(jì)算模型結(jié)果較為準(zhǔn)確。

在20世紀(jì)末，M.Harajli等為了論證其他參數(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋二次效應(yīng)導(dǎo)致的影響，分別更改鋼束的布置、外荷載截面的受力的作用方式等因素，從而總結(jié)出體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的整體工作性能。

2001年，Kiang-Hwee Tan等為了降低加固結(jié)構(gòu)體系預(yù)應(yīng)力筋的二次效應(yīng)，進(jìn)行了體外預(yù)應(yīng)力加固簡(jiǎn)支梁的試驗(yàn)，結(jié)果表明對(duì)跨中局部使用體外預(yù)應(yīng)力加固可降低預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的二次效應(yīng)。

2004年，Ghallab等通過(guò)計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力束在不同荷載作用下的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力作用于實(shí)際加固橋梁產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比提出適合體外預(yù)應(yīng)力加固預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力計(jì)算公式。

2.2 連續(xù)梁橋的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

2000年，同濟(jì)大學(xué)李國(guó)平所率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，通過(guò)理論分析總結(jié)出參數(shù)變化對(duì)連續(xù)梁橋主體構(gòu)件抗剪抗彎的影響。針對(duì)連續(xù)梁橋構(gòu)件中的節(jié)段主梁抗剪應(yīng)力，分析后，可得到抗剪承載力的計(jì)算公式。

2012年，東南大學(xué)黃僑教授利用實(shí)際檢測(cè)項(xiàng)目與理論的計(jì)算對(duì)比后，對(duì)原有公式進(jìn)一步優(yōu)化，并依據(jù)實(shí)際工程論證后，證明了公式優(yōu)化的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)束語(yǔ)

從上述連續(xù)梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固方法的國(guó)內(nèi)外研究可知，國(guó)外的理論研究較早，應(yīng)用方面與國(guó)內(nèi)相比較未成熟，從極限狀態(tài)下的理論分析到加固分析，最后到實(shí)驗(yàn)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力損失對(duì)比計(jì)算結(jié)果均可反映出橋梁的動(dòng)力效應(yīng)，得出相應(yīng)的結(jié)論對(duì)原橋進(jìn)行承載能力評(píng)定，分析不同體外預(yù)應(yīng)力筋布置線形對(duì)加固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形的影響，依托工程加固前后荷載試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)性能評(píng)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]張勁泉.我國(guó)公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].公路交通科技，2006，23（04）：15-17.

作者簡(jiǎn)介：馬科萌（1990-），女，黑龍江齊齊哈爾人，碩士，助教，研究方向：工程應(yīng)用材料。