在役鋼筋混凝土梁橋橫向補強施工技術(shù)研究

翟志強

山西遠方路橋（集團）有限責任公司 山西大同 037006

1 在役鋼筋混凝土梁橋橫向病害概述

鋼筋混凝土橋梁在公路橋梁中的應(yīng)用非常普通，也是使用最廣泛的橋梁建設(shè)主材之一；鋼筋混凝土梁橋的受力特性合理，能夠充分發(fā)揮出鋼筋和混凝土材料的優(yōu)勢，且在同等跨徑條件下的施工材料成本更加低廉，取材更加廣泛，所以不難理解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)用普遍程度。但鋼筋混凝土梁也存在諸多缺陷，其中，隨著服役年限的增長，結(jié)構(gòu)縱向與橫向同時出現(xiàn)的剛度下降是典型問題之一，嚴重威脅著鋼筋混凝土橋梁的正常承載；尤其是針對單片梁借助橫向聯(lián)系組成的預(yù)應(yīng)力簡支梁橋而言，由于橫向聯(lián)系結(jié)構(gòu)剛度下降，導(dǎo)致單片梁之間的橫向協(xié)同受力能力被削弱，橫向聯(lián)系的豎向剪力傳遞效率明顯下降，出現(xiàn)了嚴重的單梁受力工況，在車輛沖擊荷載的長期作用下，必然對主梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重的破壞[1]。

引發(fā)鋼筋混凝土梁橋橫向病害的因素主要有以下幾方面。首先，設(shè)計階段對結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系構(gòu)件的剛度設(shè)計儲備不足，相較于主梁而言，橫向聯(lián)系構(gòu)件的設(shè)計強度及剛度遠不及主梁，在長期荷載影響下，主梁橫向剛度逐漸劣化，橋梁從全橋協(xié)同受力向單梁受力轉(zhuǎn)變，單梁無法承受原設(shè)計荷載，最終引發(fā)主梁病害；此外，施工質(zhì)量問題也是造成簡支梁橫向聯(lián)系剛度不足的主要原因，以預(yù)應(yīng)力簡支T梁為例，由于臨近T梁橫隔板的標高及橫向平直性存在誤差，在外荷載作用下，導(dǎo)致橫隔板內(nèi)主筋內(nèi)應(yīng)力較大，導(dǎo)致局部混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)壓潰病害；最后，車輛超載與老舊橋梁承載裕度不匹配成為誘發(fā)簡支T梁橋橫向剛度下降的另一大原因，在長期超重荷載和外部惡劣環(huán)境的耦合影響下，本身承載能力就比主梁低的構(gòu)件率先被破壞，進而造成橋梁單板受力，最終加速主梁病害發(fā)展進程。

2 在役鋼筋混凝土梁橋加固處治現(xiàn)狀概述

通過對在役鋼筋混凝土橋梁的加固處治能夠切實延長既有橋梁的有效服役時限，尤其是能夠最大程度發(fā)掘老舊橋梁的剩余價值，對于實現(xiàn)公路橋梁的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。從宏觀上分析，橋梁加固處治的方法主要包括降低結(jié)構(gòu)恒載、對臨界狀態(tài)的構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)補強、提供額外構(gòu)件、改變原有結(jié)構(gòu)力學(xué)體系等方式；在具體的橋梁工程實踐中，在對橋梁進行必要的加固處治前，首先應(yīng)根據(jù)橋梁病害情況和程度對橋梁危險等級進行量化評定，從而指導(dǎo)具體的加固處治方案的設(shè)計和執(zhí)行[2]。

以鋼筋混凝土梁橫向剛度病害為例，目前已經(jīng)成熟的橫向病害加固處治技術(shù)主要從以下幾方面入手：第一，強化橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，橋面鋪裝屬于橋梁的附屬構(gòu)件，是滿足橋面車輛行駛及動載向主梁傳遞的重要結(jié)構(gòu)體，且對橋梁橫向剛度有一定的貢獻，能夠優(yōu)化橋面荷載橫向分布工況，因此，在橋面橫向剛度病害補強處治中的應(yīng)用較為廣泛；第二，加固橫向聯(lián)結(jié)構(gòu)件，以簡支T梁為例，橫隔梁是簡支T梁橫向聯(lián)系的主要承重構(gòu)件，是確保荷載沿橋梁截面橫向分布的主要結(jié)構(gòu)之一，由于橫隔梁結(jié)構(gòu)開裂、破損等病害引起的橫向剛度不足問題常用粘鋼板或粘貼碳纖維材料加固補強；第三，體外施加預(yù)應(yīng)力加固，對于橫向剛度不足的多片簡支梁橋而言，在橫橋向施加橫向體外預(yù)應(yīng)力，能夠大幅提升結(jié)構(gòu)的橫向剛度和整體性，補強效果極佳。

3 在役鋼筋混凝土梁橋常用橫向補強施工技術(shù)分析

3.1 橫隔梁本身加固

通過分析部分簡支梁橫向剛度病害案例發(fā)現(xiàn)，橫隔梁梁底開裂是造成橫隔梁自身剛度下降的主要原因，可參考主梁承載力補強方法，在橫隔梁底部和梁側(cè)面粘鋼板或者高強度碳纖維材料進行加固補強；一方面，梁底鋼板和碳纖維材料能夠分擔橫隔梁底部拉應(yīng)力，以提高橫隔梁的承載能力，另一方面，粘貼鋼板或碳纖維材料后能夠有效抑制橫隔梁裂縫開裂進程，從而延長橫隔梁的剛度損失時間。此外，對于部分受損嚴重的橫隔板，由于失去粘貼補強處治條件，可考慮在橫隔板下緣增設(shè)主筋，隨著車輛荷載和交通量的不斷提高，原有的橫隔梁從適筋梁逐步向少筋梁轉(zhuǎn)變，可在橫隔梁下端繼續(xù)澆筑混凝土“馬蹄”，并在“馬蹄”內(nèi)布置單層主筋，且主筋直徑應(yīng)大于原橫隔板內(nèi)主筋直徑[3]。

3.2 強化橋面鋪裝系

作為主梁附屬結(jié)構(gòu)設(shè)施之一的橋面鋪裝，在設(shè)計階段尚未將其納入橫向剛度貢獻考慮范圍，但在實際承載過程中，橋面鋪裝一方面能夠優(yōu)化車輛荷載向下傳遞路徑，另一方面也能部分提高主梁的橫向聯(lián)結(jié)剛度，尤其是隨著橋面鋪裝材料的發(fā)展，大量高性能材料被應(yīng)用到橋面鋪裝中，橋面鋪裝對全橋橫向剛度的貢獻度進一步提升。工程上，常用植筋混凝土鋪裝層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橋面鋪裝系，剔除原有鋪裝層后，以一定間隔豎向植入鋼筋，將鋼筋網(wǎng)掛設(shè)在植筋上，并與植筋可靠焊接，接著澆筑厚度不低于150mm的整體式混凝土面板，從而提高橋面鋪裝層與主梁之間的協(xié)調(diào)受力與變形性能。

3.3 增強主梁橫向聯(lián)結(jié)性能

橫隔梁是多片簡支T梁實現(xiàn)橫向聯(lián)系的主要構(gòu)件之一，因此，增強主梁的橫向聯(lián)結(jié)剛度是提高全橋橫向剛度的有效途徑。通常情況下，可考慮在原橫隔梁基礎(chǔ)上增設(shè)新的橫隔梁，且優(yōu)先在梁端支設(shè)，為了提高新增橫隔梁的橫向加固效果，可在橫隔梁內(nèi)布置預(yù)緊鋼筋，同時，在全橋跨中橫隔梁位置上下各增設(shè)橫向加勁系梁，也布置預(yù)緊鋼筋；預(yù)緊鋼筋使用高強度鋼筋材料制作，鋼筋屈服強度不能低于400Mpa，鋼筋直徑根據(jù)橫隔梁幾何特性確定，使用專用植筋結(jié)構(gòu)膠實現(xiàn)預(yù)緊鋼筋錨定，預(yù)緊鋼筋孔道應(yīng)保證孔徑和平順性滿足施工要求，以避免出現(xiàn)過大的孔道內(nèi)應(yīng)力。

4 結(jié)語

綜合以上內(nèi)容可知，以簡支T梁為代表的在役鋼筋混凝土梁橋橫向病害已經(jīng)嚴重影響了橋梁結(jié)構(gòu)的橫向剛度，削弱了橋梁的荷載橫向分配能力；對此類橋梁開展針對性的橫向補強施工處治，能夠明顯抑制橋梁橫向剛度下降進程，有效處治橫向病害，對于提高全橋承載強度和剛度具有重要作用。