既有鋼筋混凝土橋梁狀態(tài)評定與維修加固方案研究

孫曉紅

(中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014)

1 工程概況

隨著區(qū)域社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，鹽靖高速作為江蘇省的交通大動脈，交通量持續(xù)增長，現(xiàn)有道路已不能適應交通量快速增長的現(xiàn)狀，迫切需要進行擴建。而既有橋梁的檢測評價及對策研究對擴建項目的規(guī)模、保通、運營維護及社會影響起著決定性的作用，橋梁擴建利用方案的成敗優(yōu)劣直接影響到行業(yè)主管和政府部門的決策，是高速公路擴建研究的重要內(nèi)容之一。

本項目起點為鹽靖高速與204國道交叉處，終點連接滬陜高速廣陵樞紐，路線全長約152 km，途經(jīng)鹽城市亭湖區(qū)及鹽都區(qū)，泰州的興化市、姜堰區(qū)及泰興市。其中204國道至興化安豐、姜堰橋頭至廣陵段2001年建成通車，興化安豐至姜堰橋頭段2002年建成通車，設計速度均為100 km/h，路基寬度均為25.5 m。

2 既有橋梁承載能力評定方法

2.1 驗算規(guī)范

2.1.1 汽車荷載

對于老規(guī)范，汽車荷載采用汽車-超20級，掛-120，對于新規(guī)范，按公路-I級加載，同時相比2004通用規(guī)范，2015通用規(guī)范對車道荷載的集中荷載又作了提高。

2.1.2 沖擊系數(shù)

對于鋼筋混凝土和預應力混凝土橋梁，新老規(guī)范的沖擊系數(shù)分別見表1。

表1 新/老規(guī)范沖擊系數(shù)

本次驗算，沖擊系數(shù)均為MIDAS Civil計算結(jié)構基頻，并按新規(guī)范公式計算所得。

2.1.3 溫度梯度

對于老規(guī)范，按照橋面板升降溫5°C考慮。新規(guī)范的豎向溫度梯度如圖1所示，豎向日照反溫差為正溫差乘以0.5。

圖1 豎向溫度梯度(尺寸單位：mm)

圖1中，A為混凝土結(jié)構,當梁高H小于400 mm時，A=H-100(mm)；梁高大于或等于400 mm時，A=300 mm；帶混凝土橋面板的鋼結(jié)構A=300 mm；t為混凝土橋面板的厚度,mm。

2.2 拼寬前后既有橋梁橫向分布系數(shù)

對于裝配式組合結(jié)構，拼寬橋梁新建部分對既有結(jié)構有協(xié)同受力的作用，橫向拓寬對既有橋梁結(jié)構的受力狀態(tài)、特點有較大的影響。因此，本次檢算針對拼寬后的橋梁標準斷面進行計算。本次鹽靖高速公路擴建工程采用上部結(jié)構連接、下部結(jié)構分離(橋臺上、下連接)的拼寬方案，擴建后由原來的25.5 m標準斷面變?yōu)?2.0 m標準斷面。

以20 m、25 m預應力寬幅空心板梁結(jié)構為例，綜合闡述拼寬對既有橋梁橫向分布系數(shù)的影響。表2為拓寬前后預應力寬幅空心板梁橫向分布系數(shù)，既有橋梁編號原則均為以中央分隔帶為中心，從外向內(nèi)編號。

表2 拓寬前后板梁橫向分布系數(shù)對比分析表

圖2為拓寬前后寬幅空心板梁橫向分布系數(shù)分布圖。

圖2 拼寬前后空心板梁橫向分布系數(shù)分布圖

由表2、圖2可知，其余板梁橫向分布系數(shù)均有不同程度的降低，且變化呈明顯規(guī)律，即越靠近拼寬連接處的既有板梁，橫向分布系數(shù)下降率越大，既有橋梁原外邊板轉(zhuǎn)換為中板，下降率達48.17%。拼寬后既有橋梁橫向分布系數(shù)由外向內(nèi)呈逐漸減小。

20 m、25 m寬幅空心板梁拼寬前后橫向分布系數(shù)變化規(guī)律基本一致，由此可知其他跨徑、類型組合結(jié)構拼寬前后橫向分布系數(shù)亦是如此?？傮w而言，靠近拼寬處橫向分布系數(shù)拓寬前后變化顯著，對承載能力評定有較大影響。因此，本報告中鹽靖高速既有裝配式組合結(jié)構橋梁極限承載能力評估均考慮拼寬對橫向分布系數(shù)的影響。

3 既有橋涵結(jié)構加固方案

針對20 m預應力混凝土寬幅空心板梁橋承載能力不足狀況，對于內(nèi)邊梁抗彎加固，初步擬定方案包括粘貼鋼板、粘貼碳纖維布、預應力碳纖維板及橋面補強層(截面增大)加固；對于內(nèi)邊梁抗剪加固，初步擬定方案包括腹板粘貼鋼板、空腔植筋加固及腹板增大截面加固。

3.1 20 m寬幅空心板梁橋內(nèi)邊板抗彎加固

3.1.1 粘貼鋼板加固

20 m預應力混凝土寬幅空心板邊板底板粘貼4片寬150 mm，厚度為5 mm的Q235B鋼板，鋼板粘貼面積為9 m2，鋼板防腐涂裝9.6 m2，M10螺栓個數(shù)320根，如圖3～圖5所示。

圖3 20 m預應力混凝土邊板粘貼鋼板加固設計平面圖(單位：cm)

圖4 20 m預應力混凝土邊板粘貼鋼板加固設計橫斷面圖(單位：cm)

圖5 20 m預應力混凝土邊板粘貼鋼板錨栓布置圖(單位：cm)

3.1.2 粘貼碳纖維布加固

20 m預應力混凝土寬幅空心板邊板底板粘貼雙層碳纖維布、滿鋪，粘貼碳纖維布總面積為23.92 m2，碳纖維布涂裝23.92 m2，如圖6所示。

圖6 20 m預應力混凝土邊板粘貼碳纖維布加固設計平面圖(單位：cm)

3.1.3 預應力碳纖維板加固

20m預應力混凝土寬幅空心板邊板底板布設3片50×2型號預應力碳纖維板，預應力碳纖維板的總面積為2.4 m2，錨具數(shù)量6套，M12螺栓12根，M16螺栓36根，如圖7所示。

圖7 20 m預應力混凝土邊板預應力碳纖維板加固設計平面圖(單位：cm)

3.2 20 m寬幅空心板梁橋內(nèi)邊板抗剪加固

對比分析內(nèi)邊梁腹板粘貼加固、增大截面加固及板梁空腔植筋加固方案，板梁空腔植筋加固方案工序復雜，成本高，工期長且需封閉交通；腹板增加截面加固方案同樣工序較復雜，工期長且需封閉車道，成本也較高。因此，專題推薦對20 m寬幅空心板梁橋內(nèi)邊梁抗剪加固采取外側(cè)腹板粘貼鋼板加固方案，方案如下：

20件m寬幅空心板梁橋內(nèi)邊梁腹板粘貼寬150 mm、厚5 mm的Q345-C斜向鋼板；腹板上、下緣粘貼寬100 mm、厚4 mm的壓條鋼板。5 mm厚鋼板粘貼面積為1.092 m2，4 mm厚壓條粘貼面積0.995 2 m2，鋼板防腐涂裝2.09 m2，M10螺栓個數(shù)92根。

采用上述內(nèi)邊梁抗剪加固方案，單片20 m寬幅空心板內(nèi)邊梁承載能力提升狀況見表3，加固工程量及費用見表4。

圖8 20 m寬幅空心板邊板粘貼鋼板加固設計橫斷面圖

表3 20m預應力混凝土寬幅空心板內(nèi)邊板加固后承載能力提升表

表4 20 m預應力混凝土寬幅空心板內(nèi)邊板加固方案工程量及費用對比表

20 m PC寬幅空心板梁橋主梁抗彎、內(nèi)邊梁抗剪加固均易實現(xiàn)，同時，考慮到20 m PC寬幅空心板梁橋規(guī)模大，分布分散等特點，加固后拼寬利用優(yōu)勢明顯。經(jīng)綜合比選，建議20 m PC寬幅空心板梁橋既有橋梁加固后拼寬利用。對于內(nèi)邊梁抗彎加固，粘貼鋼板可有效增加承載能力，并對剛度有一定提升，同時經(jīng)濟性、耐久性等均具有一定優(yōu)勢，推薦內(nèi)邊梁采用粘貼鋼板抗彎加固方案；對于內(nèi)邊梁抗剪加固，推薦采用內(nèi)邊梁腹板粘貼斜向鋼板抗剪加固方案，其有效提高結(jié)構承載能力，并不影響加固結(jié)構的使用空間，橋梁自重增加較小，成本也較低。

4 結(jié)束語

在橋梁日常養(yǎng)護管理過程中，要定期調(diào)查橋梁狀況，根據(jù)不同的損壞情況和部位，制定有效的養(yǎng)護維修方案，延長橋梁使用壽命，保證橋梁正常通行，維護人民生命安全，促進了國家現(xiàn)代化建設的快速發(fā)展。