箱梁現(xiàn)狀承載能力驗(yàn)算及加固維修設(shè)計(jì)研究

迪麗薩爾 ? 迪力夏提

摘要：文章以某既有橋梁結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)論，按照恢復(fù)橋梁承載能力、增加結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備的原則，提出了采用底板封縫+粘貼縱向鋼板加固的主梁維修加固設(shè)計(jì)方案。對(duì)比維修加固前后主梁承載能力的驗(yàn)算結(jié)果可知：承載能力極限狀態(tài)下，加固改造處理后的主梁抗彎承載能力滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，且安全系數(shù)均超過1.2，加固效果明顯。

關(guān)鍵詞：橋梁檢測(cè);橋梁病害;橋梁加固設(shè)計(jì);承載能力驗(yàn)算

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：U441+.2-A-30-100-3

0 引言

近年來，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各地汽車保有量迅速上升，由此給道路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)帶來較大壓力。道路使用性能衰減速度加快，病害種類呈多樣化，管養(yǎng)部門養(yǎng)護(hù)壓力劇增，安全隱患明顯增多，突發(fā)交通安全事故數(shù)量也在逐年上升，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了較大損失。因此，對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)采取科學(xué)合理的維修加固措施，恢復(fù)承載能力、消除安全隱患問題已刻不容緩，其對(duì)改善道路使用性能具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外橋梁檢測(cè)、加固維修設(shè)計(jì)、施工技術(shù)發(fā)展已較為成熟，姜明映[1]結(jié)合實(shí)際工程案例，采用有限元軟件仿真模擬分析了橋梁加固前后結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)狀態(tài)，加固處理結(jié)果顯示效果較好。于繼書[2]對(duì)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支矩形板橋進(jìn)行了研究，針對(duì)全橋病害種類進(jìn)行匯總，分類提出處理措施和加固設(shè)計(jì)方案。謝圣綱[3]針對(duì)橋梁病害及實(shí)際使用狀況，分別從加固原則、施工流程、加固設(shè)計(jì)等方面提出橋梁結(jié)構(gòu)病害整治設(shè)計(jì)方案，加固后檢測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，為其他類似橋梁的加固提供參考。

根據(jù)橋梁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)報(bào)告，對(duì)梁體病害分類匯總、等級(jí)評(píng)定，再將原結(jié)構(gòu)抗彎和抗剪承載力進(jìn)行驗(yàn)算，分析病害產(chǎn)生原因，并提出維修加固設(shè)計(jì)方案，最后對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，檢查其是否滿足規(guī)范要求，為橋梁加固設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

某橋梁全長(zhǎng)193.04 m，上部結(jié)構(gòu)為2聯(lián)3孔30 m箱型連續(xù)梁，結(jié)構(gòu)斷面由4片梁及3道鉸縫組成。箱梁高1.4 m，梁間距為3 m，跨中截面位置處板梁頂板厚14 cm，底板厚14 cm，腹板厚14 cm;支點(diǎn)截面位置處板梁頂板厚14 cm，底板厚24 cm，腹板厚24 cm。主梁為40#混凝土，預(yù)應(yīng)力鋼絲采用符合《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)用碳素鋼絲》（YB255-64）標(biāo)準(zhǔn)的冷拔碳素鋼絲，橋面鋪裝為6 cm厚瀝青混凝土，橋面寬度為11 m+2×0.5 m（防撞護(hù)欄），設(shè)計(jì)荷載為汽-20，掛-100。

2 主梁服役狀況及檢測(cè)結(jié)果

2.1 病害類型及現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)查，主梁主要包括4種病害：梁底縱向裂縫、腹板縱向裂縫、主梁豎向及橫向裂縫、主梁局部破損。

上部結(jié)構(gòu)共有6片主梁底面或腹板存在縱向裂縫，部分裂縫伴有滲水痕跡，該縱縫基本對(duì)應(yīng)于主梁空腔底面或預(yù)應(yīng)力筋位置處，最大裂縫寬度為0.14 mm，應(yīng)為主梁混凝土自身收縮產(chǎn)生的裂縫;10片主梁腹板存在豎向裂縫，裂縫均上部到頂，下部到底，部分裂縫伴有滲水痕跡，最大裂縫寬度為0.16 mm，裂縫暫未超過規(guī)范限值;2-1#主梁底面有9條橫向裂縫，裂縫寬度為0.14 mm，不滿足預(yù)應(yīng)力混凝土梁規(guī)定的梁底不允許出現(xiàn)橫向裂縫的要求，該裂縫位于主梁跨中，應(yīng)為主梁正彎矩裂縫;8道梁間濕接縫存在滲水、泛白現(xiàn)象。

2.2 檢測(cè)結(jié)果評(píng)定

依據(jù)《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/T H21-2011）有關(guān)橋梁技術(shù)狀況評(píng)定要求和注意事項(xiàng)，對(duì)該橋進(jìn)行評(píng)定類別劃分，確定技術(shù)狀況，具體評(píng)定類別見表1。

根據(jù)運(yùn)營(yíng)階段公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)的有關(guān)規(guī)定，該橋上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定為3類。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1 原結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算

3.1.1 計(jì)算參數(shù)

主梁混凝土等級(jí)為C40，高強(qiáng)鋼絲彈性模量為20 GPa，錨具變形回縮值為6 mm，波紋管摩阻系數(shù)選取0.17。

荷載組合一：1.2×恒載+1.4×汽-20;

荷載組合二：1.2×恒載+1.1×掛-100。

3.1.2 計(jì)算結(jié)果

（1）抗彎驗(yàn)算

根據(jù)有限元模型計(jì)算得到不同荷載組合下主梁內(nèi)力值。下頁表2為承載能力極限狀態(tài)主梁抗彎驗(yàn)算結(jié)果。

（2）抗剪驗(yàn)算

根據(jù)有限元模型計(jì)算得出不同荷載組合下的主梁內(nèi)力值。表3為承載能力極限狀態(tài)主梁抗剪驗(yàn)算結(jié)果。

根據(jù)以上驗(yàn)算結(jié)果，原橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

3.2 舊橋驗(yàn)算

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告可知該橋總體技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為3類，對(duì)該橋有橫向裂縫病害的主梁進(jìn)行合理的折減，以評(píng)估其目前的承載能力。結(jié)合橋梁檢測(cè)評(píng)估結(jié)論，引入承載能力折減系數(shù)（含承載能力檢算系數(shù)Z1和承載能力惡化系數(shù)ξe，取值見表4），用以評(píng)估結(jié)構(gòu)實(shí)際承載力相對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)承載力的削弱。根據(jù)規(guī)范要求，配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)的驗(yàn)算結(jié)果，按式（1）進(jìn)行計(jì)算評(píng)定：

γ0S≤R（fd，ζcαdc，ζsαds）Z1（1-ζe）（1）

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》（JTG/T J21-2011），對(duì)舊橋進(jìn)行折減，計(jì)算得到承載能力極限狀態(tài)主梁控制截面抗彎驗(yàn)算結(jié)果見表5。

驗(yàn)算結(jié)果顯示不滿足規(guī)程要求，部分梁體中出現(xiàn)橫向裂縫的主梁抗彎承載能力不足，存在安全隱患，需要加固處理。

3.3 病害成因分析

通過對(duì)該橋各類病害的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)同類橋梁的病害分析資料可知，該橋主要病害產(chǎn)生的原因如下：

（1）預(yù)制箱梁底板縱向裂縫可能是由于預(yù)制箱梁養(yǎng)生期間內(nèi)外溫差過大引起底板出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，加上縱向預(yù)應(yīng)力泊松效應(yīng)引起底板產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，造成預(yù)制箱梁底板出現(xiàn)縱向裂縫。

（2）部分梁體可能因?yàn)槭┕べ|(zhì)量等問題，表現(xiàn)出抗彎承載力不足的情況。

（3）交通量的增加、超載車的作用也是造成箱梁裂縫的重要原因。

4 維修加固方案

（1）當(dāng)裂縫寬度<0.15 mm時(shí)，其對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋銹蝕的影響較小，故僅對(duì)此類型裂縫進(jìn)行表面封閉;當(dāng)裂縫寬度>0.15 mm時(shí)，其對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋銹蝕影響較大，對(duì)此類裂縫首先開設(shè)V槽，然后將V槽封閉并進(jìn)行壓力灌漿處理。對(duì)于銹脹裂縫，將松動(dòng)開裂的混凝土鑿去，再進(jìn)行鋼筋表面除銹，用高性能復(fù)合水泥砂漿防護(hù)。

（2）全橋破損、露筋處先鑿除其表面疏松的混凝土，對(duì)暴露的鋼筋進(jìn)行除銹后用高性能復(fù)合水泥砂漿修復(fù)。

（3）對(duì)經(jīng)驗(yàn)算承載能力不足的主梁，底板裂縫封閉后粘貼鋼板，恢復(fù)橋梁主受力結(jié)構(gòu)承載能力。

（4）對(duì)有滲水的箱梁進(jìn)行打孔排水，打孔位置按照箱梁一般構(gòu)造進(jìn)行。

選用Q345鋼板對(duì)主梁進(jìn)行加固，提高抗彎承載能力。加固后承載能力按現(xiàn)行《公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T J22-2008）規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，借助有限元模型，考慮活載影響修正系數(shù)，分別計(jì)算組合一和組合二下的主梁內(nèi)力，以驗(yàn)算主梁加固效果。其截面加固計(jì)算結(jié)果如表6所示。

從表6計(jì)算結(jié)果可以看出，主梁加固后承載能力滿足規(guī)范要求，且有一定的安全儲(chǔ)備。

5 結(jié)語

（1）根據(jù)檢測(cè)報(bào)告可知，該橋梁上部結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況評(píng)定等級(jí)為3類。借助有限元模型，對(duì)維修加固前原設(shè)計(jì)和舊橋結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行驗(yàn)算，舊橋個(gè)別主梁抗彎承載能力不足，結(jié)構(gòu)使用性能退化嚴(yán)重，存在較大運(yùn)營(yíng)安全隱患。

（2）當(dāng)主梁承載能力不足時(shí)，采用底板封縫+粘貼縱向鋼板的形式進(jìn)行加固處理。

（3）承載能力極限狀態(tài)下，加固改造處理后的主梁抗彎承載能力滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，且安全系數(shù)均>1.2。

參考文獻(xiàn)

[1]姜明映.某特大橋下部結(jié)構(gòu)病害靜載試驗(yàn)與加固設(shè)計(jì)方案研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2020，16（7）：210-214.

[2]于繼書.鋼筋混凝土簡(jiǎn)支矩形板橋檢測(cè)與加固設(shè)計(jì)研究[J].黑龍江交通科技，2019，42（7）：131-132.

[3]謝圣綱.某橋梁病害整治及加固設(shè)計(jì)[J].城市道橋與防洪，2018（8）：235-236，255.

收稿日期：2021-03-08

作者簡(jiǎn)介：

迪麗薩爾·迪力夏提（1994—），助理工程師，主要從事道路橋梁設(shè)計(jì)工作。