普通國省干道危橋改造橋梁斜裂縫加固分析

李洪明

（保山公路局，云南 保山678000）

1 工程背景概況及裂縫成因分析

我局管養(yǎng)的S241螞黑線梨樹坡二號橋，位于中國騰沖到緬甸密支那國家一級口岸猴橋口岸的必經(jīng)通道上，每年來往該口岸通道的車輛多為運輸木材和農(nóng)副產(chǎn)品的大型超載貨車，超載現(xiàn)象很普遍。該橋2008年建成通車，全長168.04m，橋面總寬9.0m，車行道寬7.0m，上部結(jié)構(gòu)為8×20m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力鋼束為直線型，無縱向彎曲，原橋設(shè)計荷載為公路二級（見圖1）。

圖1 橋梁立面圖

2014年經(jīng)第三方橋梁運行狀況檢測，該橋整體狀況被評定為四類橋，需加固處治。該橋主要病害為：橋梁梁板端頭除板底分布一定量縱橫向裂縫外，其中2-8#、4-8#板均出現(xiàn)腹板斜向裂縫，裂縫σmax=0.32mm，超出0.2mm最大裂縫寬度限值，已經(jīng)對橋梁承載能力極限狀態(tài)下的運行產(chǎn)生不利影響（見圖2、圖3）。

圖3 4-8#斜裂縫

該橋行車道寬7m，橋面布兩個車道，各片梁之間橫向鉸接良好，考慮到橋面鋪裝整體效應(yīng)，8#梁的橫向分布影響線可近似按照剛性橫梁法來模擬，其中具體數(shù)據(jù)見橫向分布影響線圖（見圖4）。對比雙車道加載和單車道加載，考慮車道橫向折減系數(shù)，可見單車道加載效應(yīng)略大于雙車道。

圖4

利用maidas軟件對該橋進行整體受力分析，汽車荷載采用公路二級車道荷載，單車道加載時8#邊梁內(nèi)力圖及頻遇組合下斜截面主拉應(yīng)力圖如圖5。

圖5 8#邊梁內(nèi)力圖及頻遇組合下斜截面主拉應(yīng)力圖

按照《18公橋混規(guī)》6.3.1-7條，距離邊支座1m附近處σtp=-0.21MPa≤0.7ftk=-1.85MPa，雖然滿足公路二級車道荷載要求，但應(yīng)力儲備系數(shù)較低，考慮到該橋處于繁忙的邊境口岸貨運線上，實際交通荷載時常超出設(shè)計荷載，再加上原施工過程中鉸縫施工存在密實欠佳、預(yù)應(yīng)力損失等因素，造成了該橋梁板斜裂縫的產(chǎn)生。分析斜截面主拉應(yīng)力計算公式：

圖6 截面慣性矩增大30%前后應(yīng)力圓對比

2 斜裂縫處治方法

增加換算截面慣性矩的有效方法包括：板底貼鋼板，板底貼碳纖維布，擴大鋼筋混凝土截面法。對于斜裂縫較大的結(jié)構(gòu)而言，還需提高斜截面抗剪承載力，此時需要加固腹板，加固方式同樣可選擇上述三種方法，但對于空心板而言，前兩種方法只較適合邊板，難以加固中板，且現(xiàn)有檢測手段也難以發(fā)現(xiàn)中板板底裂縫是否延伸到腹板，并且對于跨中彎矩較大的情形，還需處理跨中底板。綜合分析后不難發(fā)現(xiàn)，采用擴大鋼筋混凝土截面法能同時解決主拉應(yīng)力過大和斜截面承載能力較低的問題，但如果把擴大截面后的板端頭前后連接，將結(jié)構(gòu)體系從簡支結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為連續(xù)結(jié)構(gòu)后，還能以此通過內(nèi)力重分布使得跨中彎矩得到優(yōu)化，見圖7。

圖7 簡支變連續(xù)空心板施工工序圖

在這個思路的指導(dǎo)下，梨樹坡二號橋先對裂縫注膠封閉，然后改造空心板墩頂區(qū)域，鑿除墩頂6m范圍內(nèi)空心板頂板混凝土，布設(shè)負彎矩鋼筋，澆筑C50混凝土填實該范圍內(nèi)空心板內(nèi)腔，最后待簡支轉(zhuǎn)連續(xù)完成后重新澆筑橋面鋪裝層。

采用空心板端部實體化并且簡支轉(zhuǎn)連續(xù)后，不僅增加了斜截面抗剪能力和抗裂能力，還能通過塑性內(nèi)力重分布即彎矩調(diào)幅對內(nèi)力進行改善，減少跨中彎矩，進而降低跨中梁底截面法向正應(yīng)力，減小跨中橫向裂縫產(chǎn)生的可能。而支座截面負彎矩的產(chǎn)生，又能通過負彎矩鋼筋及適當(dāng)發(fā)揮橋面現(xiàn)澆層鋼筋來抵抗，從而起到“跨中不夠，支座來湊”的效果。此外，采用實體化空心板端部剛度增大后，整體撓度降低，從而減小支座轉(zhuǎn)角，有效減輕支座局部脫空的可能。

同時也應(yīng)注意到，采用結(jié)構(gòu)連續(xù)方案時，跨中彎矩調(diào)幅的比例與空心板端部實體化結(jié)構(gòu)連續(xù)后的約束剛度息息相關(guān)，由于墩頂空心板截面只有普通鋼筋，缺少上部預(yù)應(yīng)力筋，其抗裂能力有限，因此調(diào)幅比例應(yīng)該維持在10%~15%為宜。

3 預(yù)防對策

對橋梁斜梁板裂縫及上部結(jié)構(gòu)其他病害的預(yù)防，首先是需要治超工作的有效監(jiān)督，同時在預(yù)防性養(yǎng)護及日常橋梁養(yǎng)護過程中，需要重點關(guān)注伸縮縫接頭處平整度，減少汽車沖擊荷載。做好橋梁經(jīng)常性檢查及定期檢查的開展，對出現(xiàn)裂縫的橋梁早發(fā)現(xiàn)、早封閉、早處理。

4 結(jié)束語

“十四五”期間，為實現(xiàn)交通強國整體規(guī)劃，提高公路服務(wù)水平，需要我們公路管養(yǎng)單位采取更為科學(xué)有效的橋梁養(yǎng)護管理方法?？招陌逍绷芽p出現(xiàn)的成因較多，但歸根結(jié)底還是主拉應(yīng)力過大的問題。空心板端部實體化后簡支轉(zhuǎn)連續(xù)的方法，能夠同時兼顧斜截面抗剪承載力提升、抗裂能力提高及跨中彎矩改善的優(yōu)點，具有一定推廣價值。