某等截面連續(xù)箱梁加固及靜動(dòng)力性能研究

熊浩 劉超

【摘 要】以某等截面連續(xù)箱梁橋加固為工程背景，基于加固前病害調(diào)查及荷載試驗(yàn)，分析病害產(chǎn)生的原因，針對(duì)性的為該箱梁結(jié)構(gòu)的加固方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)和維修加固建議。并通過對(duì)加固前、后兩次靜、動(dòng)載試驗(yàn)獲得的靜、動(dòng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析.綜合評(píng)價(jià)了橋梁維修加固效果，得出橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度得到一定的提高，說明加固設(shè)計(jì)方案和施工是成功的，可為今后類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)箱梁;荷載試驗(yàn);維修加固;靜動(dòng)力性能

中圖分類號(hào)： U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）24-0009-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.005

0 引言

近年來，隨著橋梁服役年限的增長(zhǎng)和荷載等級(jí)的提高，部分城市快干線連續(xù)箱梁因主梁開裂嚴(yán)重須進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定和維修加固，而如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)箱梁在加固前后的受力性能并對(duì)其加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，已成為加固工程中非常關(guān)心的問題[1]。

為此，本文以一座連續(xù)箱梁病害調(diào)查和維修加固為例，分析病害產(chǎn)生的原因并針對(duì)性的采取維修加固措施，并通過對(duì)加固前、后兩次靜、動(dòng)載試驗(yàn)獲得的靜、動(dòng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，綜合評(píng)價(jià)了橋梁維修加固效果，以供類似工程參考。

1 原橋概況

某橋于2004年建成通車，為4×43m為等截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁，單箱單室，頂板寬13m，底板寬6m，跨中梁高2.3m。下部結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，雙柱式橋墩。橋面鋪裝為15cm C40防水混凝土。橋梁為雙幅橋，單幅橋?qū)?3m，橋梁總寬26m，雙向4車道，車道兩側(cè)各設(shè)3.5m非機(jī)動(dòng)車道和2m人行道。設(shè)計(jì)荷載為城市-A級(jí)，人群荷載按城市橋梁規(guī)范計(jì)算取值，設(shè)計(jì)速度為60km/h。

通車運(yùn)營后，由于交通量及重載交通不斷增大，橋梁上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂嚴(yán)重等諸多病害，影響其結(jié)構(gòu)耐久性和安全性。為此，特對(duì)該橋進(jìn)行了病害調(diào)查及荷載試驗(yàn)，以全面檢測(cè)橋梁的病害及受力性能。

2 病害檢測(cè)概況[2]

對(duì)該橋進(jìn)行了檢測(cè)，主要內(nèi)容包括外觀質(zhì)量、混凝土強(qiáng)度、碳化深度等。主要檢測(cè)情況如下：

（1）上部結(jié)構(gòu)箱梁底板縱向裂縫較為普遍，在箱梁底板L/4附近位置發(fā)現(xiàn)縱向裂縫和網(wǎng)裂，以邊跨居多，大多為長(zhǎng)50～150cm裂縫組成的縱向裂縫帶，裂縫寬在0.08mm～0.20mm之間。

（2）箱梁外腹板各出現(xiàn)多條斜向裂縫，主要發(fā)生在距離支點(diǎn)水平距離9m左右，最大斜向裂縫寬度為 0.32mm，裂縫深度為50mm，深度未貫穿腹板。

（3）通過對(duì)箱梁底板開孔后進(jìn)入箱內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)頂板出現(xiàn)多條縱向裂縫，大部分位于頂板中部附近，長(zhǎng)度為50～260cm，寬度為0.10mm～0.23mm。

（4）其他：部分支座銹蝕嚴(yán)重;橋面鋪裝出現(xiàn)較多縱向、橫向裂縫及網(wǎng)狀裂縫;箱梁局部位置砼出現(xiàn)破損、露筋的現(xiàn)象;伸縮縫均出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

3 加固維修方案

結(jié)合橋梁檢測(cè)情況及病害原因分析[3]，主要維修加固措施如下，維修加固立面布置及斷面布置圖如圖1～2所示。

4 兩次靜動(dòng)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

4.1 靜載試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果[4]

4.1.1 試驗(yàn)工況及測(cè)試內(nèi)容

本次試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)控制截面，布置如圖3所示，采用midas Civil[5]建立了梁?jiǎn)卧邢拊Ｐ?，并通過計(jì)算確定靜載工況及荷載效率系數(shù)，見表1。測(cè)試主要內(nèi)容為：各工況下對(duì)應(yīng)測(cè)試截面應(yīng)變、撓度及裂縫。

4.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

（1）應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果

由表2可知，加固前應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.763～0.873之間，相對(duì)殘余變位在1.0%～5.4%之間，檢驗(yàn)系數(shù)和殘余應(yīng)變均滿足規(guī)范要求，但結(jié)構(gòu)安全富余較小。加固后應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.699～0.794之間，相對(duì)殘余變位在0.8%～3.7%之間，檢驗(yàn)系數(shù)和殘余應(yīng)變均滿足規(guī)范要求，應(yīng)變檢驗(yàn)系數(shù)比加固前小約10%，表明加固后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有明顯提高。

（2）撓度試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，加固前撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.791～0.901之間，相對(duì)殘余變位在0.5%～5.2%之間，檢驗(yàn)系數(shù)和殘余撓度均滿足規(guī)范要求，但結(jié)構(gòu)安全富余較小。加固后撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.720～0.817之間，相對(duì)殘余變位在1.2%～3.5%之間，檢驗(yàn)系數(shù)和殘余撓度均滿足規(guī)范要求，撓度檢驗(yàn)系數(shù)比加固前小約9.7%，表明加固后結(jié)構(gòu)剛度有明顯提高。

（3）裂縫檢測(cè)結(jié)果

第1跨0#臺(tái)位置有剪切裂縫，工況V對(duì)裂縫進(jìn)行測(cè)試，剪力工況作用下裂縫變化情況見表4。

由表4可知，在整個(gè)試驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)有新裂紋、裂縫出現(xiàn)。加固后裂縫均被灌縫修復(fù)，靜載試驗(yàn)期間未見裂縫有開展，表明加固效果較好。

4.2 動(dòng)載試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

加固后，實(shí)測(cè)橋梁的豎向基頻為2.75Hz，大于理論計(jì)算值2.15Hz，加固前橋梁基頻為2.5Hz，加固后基頻提高了10%，表明橋梁動(dòng)剛度有了一定的提高;加固后橋梁實(shí)測(cè)阻尼比為1.22%，比加固前減少了66.6%，說明橋梁結(jié)構(gòu)耗散外部能量輸入的能力亦得到了提高。

5 結(jié)語

本文以一座運(yùn)營期內(nèi)裂縫病害嚴(yán)重的連續(xù)箱梁橋?yàn)槔?，通過分析病害產(chǎn)生的原因并針對(duì)性的采取維修加固措施，通過加固前、后兩次靜、動(dòng)載試驗(yàn)得出主要結(jié)論如下：

（1）加固后箱梁的應(yīng)變和撓度較加固前有較大的減小，橋梁的承載力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求并有一定的安全儲(chǔ)備系數(shù)。

（2）經(jīng)兩次動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果分析可知，加固后橋梁的豎向基頻有所提高，說明橋梁的動(dòng)剛度得到提高;實(shí)測(cè)阻尼比有大幅度的減小，結(jié)構(gòu)耗散外部能量輸入的能力亦得到提高。

（3）采用箱內(nèi)增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力主動(dòng)加固與粘貼鋼板相結(jié)合的方案對(duì)橋梁進(jìn)行加固效果比較明顯，說明加固設(shè)計(jì)和施工是成功的，可供類似工程參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉樂平，許肇峰.連續(xù)曲線箱梁受力性能和加固效果分析[D].廣東公路交通，2018.04.

[2]楊俊，曹一山.大跨連續(xù)剛構(gòu)橋底板縱向裂縫成因分析與處治措施[D].公路，2017.08.

[3]公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) JTG/T H21-2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程 JTG/T J21-01-2015[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[5]王偉.midas Civil橋梁荷載試驗(yàn)實(shí)例精析[M].北京：中國水利水電出版社，2017，70.