采用粘貼鋼板加固和增大截面法加固簡支梁舊橋效果分析

■范 鋒

（三明市公路事業(yè)發(fā)展中心寧化分中心， 寧化 365400）

改革開放至今，我國經(jīng)濟飛速增長，我國的橋梁建設(shè)突飛猛進(jìn)， 截至2019 年末， 全國公路橋梁87.83 萬座，其中特大橋梁5 716 座，大橋108 344座，中小橋76.4 萬余座[1]。在新橋梁的不斷建設(shè)下，一些正在服役的橋梁也在不斷磨損甚至破壞，特別是建設(shè)在20 世紀(jì)80 年代的橋梁，當(dāng)時規(guī)范設(shè)計荷載已經(jīng)不滿足當(dāng)代日益增長的交通需求，很多中小橋都需要加固提級改造。

舊橋加固改造方法很多， 有增大截面加固、粘貼鋼板加固、粘貼碳纖維布加固、體外預(yù)應(yīng)力等，加固方法應(yīng)根據(jù)每座橋的現(xiàn)場情況進(jìn)行選擇，本研究主要針對簡支T 梁橋加固中最為常見的增大截面加固和粘貼鋼板加固進(jìn)行比較， 通過加固受力、加固效果和經(jīng)濟3 方面分析，得出經(jīng)驗供廣大設(shè)計者參考，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 加固方法簡介

1.1 增大截面法加固

增大截面法加固主要是通過對T 梁的腹板底部和側(cè)面進(jìn)行植筋，布設(shè)新的鋼筋，澆筑混凝土，通過新增鋼筋和截面于原有T 梁的鋼筋協(xié)同作用以達(dá)到提高原橋承載能力的方法。 采用增大截面法加固T 梁的鋼筋和混凝土材料獲取容易， 材料成本低，施工容易。

1.2 粘貼鋼板加固

粘貼鋼板加固主要是通過對T 梁底板粘貼1 層5～10 mm 厚的鋼板，在T 梁靠近支點位置向上粘貼U 型鋼板，通過錨栓固定底部鋼板，再進(jìn)行壓力注膠以達(dá)到原有T 梁和底部鋼板協(xié)同受力。

2 工程概況及病害分析

2.1 工程基本情況

尤溪丁山中橋位于G235 線K214+352 處，改橋采用3×20 m 普通鋼筋混凝土簡支T 梁橋， 每跨5 片T 梁，原橋高130 cm，梁肋厚度為18 cm，增大截面改造厚梁高145 cm，馬蹄寬38 cm，橋型圖見圖1，原橋T 梁截面見圖2。

圖1 橋型示意圖

圖2 中板截面圖

2.2 病害及成因分析

經(jīng)過2015 年實地的外觀檢測， 此橋病害有：（1）全橋每片T 梁均有豎向裂縫從腹板延伸至底板，裂縫長0.7 m,寬0.01～0.05 mm 部分裂縫寬超限（圖3）；（2）局部梁底混凝土和橫隔板底混凝土剝落、露筋（圖4）；（3）部分橋梁支座老化開裂（圖5）。

圖3 梁底裂縫

圖4 橫隔板混凝土剝落露筋

圖5 支座老化開裂

未加固前改橋病害成因分析：（1）改橋早期采用設(shè)計荷載低，不滿足日益增長的交通需求，超載車輛增多，使用壽命大大降低；（2）早期T 梁設(shè)計只預(yù)留2 cm 的濕接縫，橫隔板底用鋼板焊接，橋梁整體連接性弱，造成單板受力；（3）早期施工工藝差，模板不平整和振搗不到位， 鋼筋保護層厚度不足，造成內(nèi)部鋼筋銹蝕膨脹，混凝土剝落。

3 加固受力分析

該橋在2016 年加固改造時實際采用的是增大截面加固設(shè)計，改造后梁高145 cm，馬蹄寬38 cm。以此T 梁截面為模板，受力通過計算粘貼鋼板加固厚度在5～10 mm，所能提高承載力的幅度與增大截面控制加固混凝土高度15 cm， 控制提高幅度比例反算所需鋼筋截面面積做對比。

此橋的內(nèi)力計算采用Midas/Civil 2015 軟件，材料參數(shù)取值依據(jù)業(yè)主提供的原橋設(shè)計圖紙，原橋設(shè)計荷載等級汽車-20 級， 掛車-100。 T 梁橋采用C25 混凝土，HRB335 級鋼筋，原受拉區(qū)鋼筋截面面積為7 691 mm2。

3.1 增大截面加固受力分析

增大截面加固在受力分析時，假設(shè)增大截面加固T 梁新老混凝土變形協(xié)調(diào)、共同受力，不考慮新舊混凝土的徐變收縮不一致，按加固后構(gòu)件整體截面計算。 增大截面見圖6。

圖6 增大截面加固尺寸截面圖

通過計算， 增大截面20 m 簡支T 梁結(jié)構(gòu)承載力見表1。

表1 增大截面加固20 m 簡支T 梁結(jié)構(gòu)承載力

3.2 粘貼鋼板加固受力分析

粘貼鋼板加固在受力分析時，假設(shè)鋼板和T 梁剛性連接不產(chǎn)生鋼板與混凝土之間的黏結(jié)剝離破壞。 粘貼鋼板加固見圖7。

圖7 粘貼鋼板加固尺寸截面圖

通過計算， 粘貼鋼板加固20 m 簡支T 梁結(jié)構(gòu)承載力見表2。

表2 粘貼鋼板加固20 m 簡支T 梁結(jié)構(gòu)承載力

由于受T 梁截面限制，粘貼鋼板增加的強度有限，T 梁橋難以超筋破壞，只有當(dāng)鋼板厚度達(dá)到300多mm 時，才會發(fā)生超筋破壞，但實際情況是不可能的，在分析時主要是以原設(shè)計鋼筋達(dá)到承載力或粘貼鋼板達(dá)到承載力破壞。

4 加固經(jīng)濟與效果分析

4.1 加固經(jīng)濟分析

本研究經(jīng)濟分析通過價值工程式子V=F/C 表達(dá)，其中V 代表產(chǎn)品價值，F(xiàn) 代表產(chǎn)品功能，C 代表產(chǎn)品成本。 在簡支T 梁加固中，以加固承載力百分比作為產(chǎn)品功能， 以加固所需的費用作為產(chǎn)品成本，通過簡單計算比較產(chǎn)品價值。

粘貼鋼板加固采用JTG/T 5612-2020 《部頒2020 公路橋梁養(yǎng)護工程預(yù)算定額》[2]，其中定額基價為1 149 元/m2，內(nèi)容包括粘貼鋼板全部流程，對1片T 梁粘貼鋼加固所需鋼板面積為9.69 m2。粘貼鋼板加固計算分析見表3。

表3 粘貼鋼板加固價值計算

增大截面加固采用JTG/T 5612-2020 《部頒2020 公路橋梁養(yǎng)護工程預(yù)算定額》[2]，本研究通過控制每片梁加固混凝土高度來控制C40 混凝土數(shù)量，通過加固鋼筋截面面積來提高加固后整體承載力，1 片T 梁加固需要C40 混凝土2.88 m3，鋼筋作為變量采用相同截面面積的鋼筋時所需的鋼筋重量，通過同望工程軟件直接將總造價列于表4。

表4 增大截面加固價值計算

由表3、4 可知，20 m 簡支T 梁加固同為提高20%幅度，粘貼鋼板加固價值比增大截面加固價值要低一些。 但在價值分析中，本研究并未考慮時間價值影響，增大截面加固所需時間工期遠(yuǎn)比粘貼鋼板加固所需工期長，長時間的中斷交通也會給社會帶來一定影響以及組織交通所需的人工費用將大為增加。

4.2 加固效果分析

本研究根據(jù)20 m 簡支T 梁加固采用粘貼鋼板加固和增大截面加固4～5 年后的特殊橋梁檢查報告做對比來做后期加固效果分析。 （1）根據(jù)健研檢測集團有限公司2020 年2 月對尤溪丁山中橋（2016 年增大截面加固）進(jìn)行特檢，主梁共出現(xiàn)1 311 條裂縫，其中第1 跨共出現(xiàn)496 條橫（豎）向裂縫，其中裂縫寬度在0.07～0.28 mm，長度在0.2～1.83 m，第1 跨T 梁片均出現(xiàn)不同程度的裂縫，橫向裂縫均存在由梁底延伸至腹板，其余幾跨均存在相同問題；少數(shù)裂縫超過規(guī)范限值。 （2）根據(jù)山東省公路橋梁檢測中心有限公司2020 年11 月對明溪碧洲大橋（2015 年增大截面加固）進(jìn)行特檢，鋼筋混凝土T 梁腹板存在1 031 條豎向裂縫。 T 梁底板存在600 條橫向裂縫，裂縫長度約0.4 m，裂縫寬度0.08～0.16 mm，T 梁底板存在2 條縱向裂縫， 裂縫長度分別是0.5、0.7 m，裂縫寬度為0.18 mm，T 梁腹板及底板縫寬均未超過規(guī)范限值。 （3）根據(jù)沙縣分中心《瑯口橋粘貼鋼板加固效果反饋》，2016 年7 月-11 月采用T 梁粘鋼進(jìn)行加固，至2020 年8 月，粘鋼效果良好（圖8）。

圖8 瑯口橋粘貼鋼板加固

5 結(jié)論

經(jīng)過以上對比分析， 認(rèn)為20 m 簡支T 梁橋采用粘貼鋼板加固比增大截面加固更為合適。 （1）受力分析上，增大截面加固若想提高承載力，需要在新增截面上多配置鋼筋，在提高40%承載力需要多配制6 000 mm2鋼筋，布置鋼筋過多很難保證新混凝土與鋼筋的咬合力，新增截面過大也大大增加了T 梁的自重給下部結(jié)構(gòu)受力帶來不利影響。 粘貼鋼板加固鋼板厚度在5 mm 以上需要壓力注膠， 厚度越大，加固承載力提高幅度越小。 （2）經(jīng)濟分析上，根據(jù)最新JTG/T 5612-2020《部頒2020 公路橋梁養(yǎng)護工程預(yù)算定額》[2]，增大截面加固主要定額費用在增大混凝土方量上占較大比重，增大截面梁板加固混凝土方量定額基價為15496 元/m3， 而增大截面加固鋼筋定額基價為5103 元/t ， 但增大截面法加固提高承載力主要是以鋼筋截面來控制，所以導(dǎo)致增大截面加固的價值比粘貼鋼板高，如果考慮時間影響因素，粘貼鋼筋加固橋梁通車時間在3 d 左右，而增大截面加固通車時間在30 d 后，均攤所需交通組織費用及推遲通車所帶來社會影響因素，粘貼鋼板加固價值在一定情況下會比增大截面更高。 （3）加固效果分析上， 增大截面加固4～5 年觀測結(jié)果看，新混凝土產(chǎn)生大量裂縫，影響橋梁的耐久性，粘貼鋼板加固效果較好，鋼板與混凝土之間未出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象，鋼板未見油漆剝落銹蝕現(xiàn)象。