某座預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁腹板抗剪加固方案對比

張宗愛

（遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽110002）

1 概述

該橋建于1995 年9 月。主橋橋跨組合為80m+100m+80m預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁。橋面為凈0.55m(防撞墻)+10.75m(行車道)+0.55m(防撞墻)，總寬11.85m。主橋箱梁采用單箱單室三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)。設(shè)計荷載等級為汽-超20 級，掛-120。

2 箱梁腹板主要病害

該橋主橋連續(xù)箱梁兩邊孔腹板支點附近箱梁腹板斜裂縫較多(見圖1)，根據(jù)詳細檢測結(jié)果顯示，兩邊孔斜裂縫共計97條，最大寬度達到0.6mm；裂縫開展高度30～80cm，裂縫間距30～80cm，斜裂縫在腹板箱內(nèi)、外側(cè)均存在，已貫通箱梁腹板，箱內(nèi)側(cè)裂縫寬度與外側(cè)裂縫寬度相近，個別比外側(cè)裂縫稍寬。

圖1

3 病害原因分析

該橋上部結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁兩邊孔0～L/4 間腹板有較嚴重的斜裂縫，寬度多數(shù)已超過規(guī)范限值，斜裂縫在箱內(nèi)、外側(cè)均存在，且已貫通箱梁腹板，腹板斜裂縫縫寬0.7mm，高度發(fā)展至頂板根部。

經(jīng)檢算分析，邊跨箱梁距邊支點附近截面最大抗剪尺寸不滿足要求，斜截面承載能力不滿足要求；中跨箱梁距中支點附近截面最大抗剪尺寸不滿足要求，斜截面承載能力不滿足要求。

正應(yīng)力——邊跨距邊支點28m 處截面下緣應(yīng)力-2.1MPa，中跨跨中10m 范圍內(nèi)的截面下緣應(yīng)力，僅為0.4MPa 左右。偏小。

主應(yīng)力——邊跨邊支點附近截面最大主拉應(yīng)力達到3.6MPa，中跨四分點附近主拉應(yīng)力1.5MPa。

箱梁部分腹板截面尺寸偏小，斜截面承載能力不滿足要求，以及由于豎向預(yù)應(yīng)力損失、溫度與結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)考慮不足引起的截面主拉應(yīng)力偏大，是箱梁腹板產(chǎn)生大量斜裂縫的主要原因。

4 腹板抗剪加固方案對比

針對以上病害情況，采用常用的腹板抗剪加固方法分析對比如下：

4.1 粘貼碳纖維加固法

以邊跨邊支點為例，根據(jù)箱梁腹板斜裂縫檢測及分析結(jié)果，確定粘貼碳纖維條的數(shù)量，在箱梁0～L/4 間及中支點附近腹板外側(cè)進行粘貼加固：

圖2

采用粘貼碳纖維加固法對箱梁腹板承載能力不足的區(qū)域進行加固處理。

以控制截面腹板厚度400mm 邊支點腹板附近（NO·1）及中支點附近腹板（NO·2）截面為例，需后加補強碳纖維（300kN 左右），三層碳纖維布，層厚0.167mm，間距為400mm，寬度200mm，對箱梁腹板進行抗剪加固，對比如下：

表1 加固前后抗剪承載力對比

通過上表計算數(shù)據(jù)分析可知，在腹板斜裂縫開展區(qū)域性粘貼碳纖維條進行抗剪加固，受力特點，只承擔活載內(nèi)力，其應(yīng)變嚴重“滯后”于原梁鋼筋。原梁變形限制其強度發(fā)揮，斜截面抗剪加固區(qū)段箱梁的變形相對較小，依附其上的后加補強碳纖維條應(yīng)力（應(yīng)變）很小，在極限狀態(tài)下，后加補強碳纖維條的應(yīng)力僅為碳纖維抗拉強度標準值的21.2～24.2%，抗剪承載能力提高幅度非常有限，結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)表現(xiàn)為原腹板鋼筋首先達到屈服強度，抗剪破壞與原腹板的配筋率有關(guān)，加固時考慮分階段受力的影響是非常必要的。

由于受原箱梁斜截面抗剪加固區(qū)段變形小，嚴重浪費高強復(fù)合碳纖維條的高抗拉性能。

4.2 粘貼鋼板加固法

以邊跨為例，根據(jù)箱梁腹板斜裂縫檢測及分析結(jié)果，確定粘貼鋼板條的數(shù)量，在箱梁0～L/4 間及中支點附近腹板外側(cè)進行粘貼加固，并植螺桿錨固，鋼板與原腹板混凝土的共同作用：

圖3

采用粘貼鋼板加固法對箱梁腹板承載能力不足的區(qū)域進行加固處理。

以控制截面腹板厚度400mm 邊支點腹板附近（NO·1）及中支點附近腹板（NO·2） 截面為例，需粘貼2mm 厚，間距300mm，100mm 鋼板抗剪加固，對比如下：

表2 加固前后抗剪承載力對比

通過上表計算數(shù)據(jù)分析可知，在腹板斜裂縫開展區(qū)域性粘貼鋼板條進行抗剪加固，斜截面抗剪加固區(qū)段箱梁的變形相對較小，依附其上的后加補強鋼板條應(yīng)力（應(yīng)變）很小，抗剪承載能力提高幅度非常有限，與小梁試驗結(jié)果基本吻合，效果略好于粘貼碳纖維條加固，但是結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)仍表現(xiàn)為原腹板鋼筋首先達到屈服強度，抗剪破壞與原腹板的配筋率有關(guān)，加固時考慮分階段受力的影響是非常必要的。

由于受原箱梁斜截面抗剪加固區(qū)段變形小，一定浪費鋼板的抗拉性能。

4.3 增大截面加固法

邊跨為例，根據(jù)箱梁腹板斜裂縫檢測及分析結(jié)果，可以采用增大截面法對箱梁腹板進行加固維修，以使腹板截面尺寸滿足規(guī)范要求，同時可提高斜截面抗剪承載能力，增大腹板剛度，寬箱效應(yīng)減弱，直接有效的限制裂縫的發(fā)展。

橋梁加固構(gòu)件斜截面抗剪承載力計算公式是以剪壓破壞形態(tài)的受力特征為基礎(chǔ)建立的。為此，構(gòu)件的截面尺寸應(yīng)滿足下列要求：

圖4

以控制截面腹板厚度400mm 邊支點腹板附近(NO·1)及中支點附近腹板（NO·2）截面為例，邊支點外包25cm 混凝土，中支點外包20cm 混凝土，對比如表3 所示。

通過表3 計算數(shù)據(jù)分析可知，箱梁腹板采用增大截面法進行抗剪加固，首先可以使腹板截面尺寸滿足規(guī)范要求，既保證了加固后的構(gòu)件破壞是剪壓破壞，與小梁試驗結(jié)論吻合；同時能夠有效的提高腹板抗剪承載能力，寬箱效應(yīng)減弱，結(jié)構(gòu)剛度有所增加，但是增大腹板截面，使結(jié)構(gòu)自重效應(yīng)增大了5.8%左右，對結(jié)構(gòu)受力有一定的不利影響，這種方法改變不了原有應(yīng)力狀態(tài)，另外組合截面受收縮、徐變等影響容易開裂，為此需要布置一定數(shù)量的抗收縮鋼筋，增加造價。

表3 加固前后抗剪承載力對比

5 結(jié)論

箱梁腹板抗剪加固，需對目前加固方法研究，再根據(jù)具體橋梁病害發(fā)展程度，結(jié)合結(jié)構(gòu)分析、病害評定，還要結(jié)合施工條件、加固目的，使用荷載等級要求等給出具有針對性的方案，力求高效、合理、經(jīng)濟、適用。

表4 腹板加固方案對比分析表