兩跨曲線連續(xù)梁橋梁體偏移病害分析及加固探究

吳志昌

（廣深珠高速公路有限公司，廣東 東莞 523925）

一、橋梁概況

某高架橋總長443.87m，橋?qū)挒?.5m（防撞墻）+0.5m（路緣帶）+3.5×2（機動車道）+0.35×2m（加寬）+0.5m（路緣帶）+0.5m（防撞墻）=9.7m。上部結(jié)構(gòu)橋跨組合為：（21+21+25+24）+（30.5+46+26）+2×35+（38+46+32）+3×21。該橋8～9跨主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，道路中心線彎曲半徑為80m；5～7跨、10～12跨主梁為連續(xù)鋼箱梁；其他跨主梁均為鋼筋混凝土連續(xù)箱梁。下部結(jié)構(gòu)采用獨柱式墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁設(shè)計汽車荷載等級為公路-I級，于2009年9月建成通車。

二、主要病害

在日常養(yǎng)護檢測中發(fā)現(xiàn)，該橋8～9跨主梁存在梁體偏移、墩身開裂、支座偏移等病害，具體病害如下：10#墩小樁號側(cè)10-1#、10-2#支座橫向向左移位約6cm，該支座滑動量大于支座限值（50mm），10-1#支座四氟乙烯板外露。10#墩左側(cè)防震擋塊由于主梁移位導(dǎo)致混凝土被擠碎、露筋。10#墩頂伸縮縫在橋面右側(cè)沒有高差，在橋面左側(cè)混凝土箱梁一側(cè)比鋼箱梁一側(cè)低1.6cm。8#橋墩頂伸縮縫橋面左側(cè)，混凝土箱梁側(cè)伸縮縫比鋼箱梁側(cè)伸縮縫低1.6cm；橋面右側(cè)混凝土箱梁側(cè)伸縮縫相比鋼箱梁側(cè)伸縮縫高1.3cm。9#橋墩墩柱右側(cè)面距地面1.5m往上、間隔50cm左右有半環(huán)向裂縫，共計6條，裂縫最大寬度0.22mm。10#橋墩墩柱右側(cè)面距地面2m以上到花瓶墩變截面處，間隔30cm～50cm有半環(huán)向裂縫，裂縫寬度介于0.12mm～0.20mm。水平向裂縫均不同程度向墩身大小樁號側(cè)面延伸，延伸長度介于60cm～100cm之間。梁體腹板、底板存在不同程度的開裂現(xiàn)象。

后期橋梁管養(yǎng)單位對該匝道橋進行了6個月的持續(xù)觀測，梁體移位狀態(tài)未見明顯發(fā)展。

三、計算分析

（一）有限元模型

采用MIDAS CIVIL計算分析程序建立該匝道橋空間梁單元模型，如圖1所示。全橋共計87個單元，138個節(jié)點。

（二）計算分析結(jié)果

1.梁端位移分析

計算參數(shù)參照設(shè)計圖紙及設(shè)計規(guī)范取值。計算模型考慮恒載產(chǎn)生的附加扭矩，雙向滑動支座的四氟乙烯板與不銹鋼板的摩擦系數(shù)。假定橋梁施工時溫度為15℃，考慮季節(jié)性溫度變化，升溫25℃，降溫15℃。僅計相鄰聯(lián)橋跨恒載對8#或10#墩的影響，其他參數(shù)采用設(shè)計參數(shù)。主要計算分析結(jié)果如表1所示。

表1 10#墩頂小樁號側(cè)支座摩擦力

從上述分析結(jié)果可知，在恒載作用下，當梁體溫度升高不大時，梁體不會發(fā)生橫向偏移。汽車的離心力與整體氣溫升高均使梁端產(chǎn)生向外橫向偏移的運動趨勢，且隨著溫度的升高，橫向向外的運動趨勢將更加顯著。在汽車荷載工況相同時，整體降溫作用下梁體產(chǎn)生的滑動力明顯小于整體升溫作用下的梁體滑動力，且小于支座的有效摩阻力。季節(jié)性溫差的循環(huán)變化使已出現(xiàn)的梁體橫向移位不一定能完全復(fù)位。

綜上所述，在汽車荷載偏載、離心力及整體升溫作用下，梁端存在橫向向外滑移的可能。且隨季節(jié)性溫差的變化，梁端的橫向移位不一定能完全復(fù)位。

1.墩身裂縫分析

表1中工況6（自重+雙車道偏載+離心力+整體升溫25℃）的條件下，梁端將出現(xiàn)橫向移位，在此工況下，9#、10#墩下部的右側(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力計算結(jié)果如表2所示。

由表2結(jié)果可知：工況6作用下，9#、10#墩在承臺以上約5m約范圍內(nèi)，墩身右側(cè)應(yīng)力均超過了混凝土抗拉強度設(shè)計值。

四、處治建議

由分析結(jié)果可知：該橋的相關(guān)病害主要是由于梁體橫向移位后不能復(fù)位，導(dǎo)致支座移位、伸縮縫拉開錯位、擋塊破碎，同時梁體移位導(dǎo)致墩頂受到較大的附加橫向水平力，造成墩身側(cè)面拉應(yīng)力超限而開裂。由此可見，梁體的橫向超限移位且不能復(fù)位是上述病害的根本。

因此結(jié)合前述分析結(jié)果，建議該橋的處治措施如下：對10#墩頂梁體進行反向頂推，進行復(fù)位，改善主梁及墩身的不利受力狀態(tài)；在梁體橫向復(fù)位后，建議將8#、10#墩頂混凝土箱梁側(cè)內(nèi)側(cè)支座更換為抗拉型的GPZ(II)3SX支座，支座的縱橋向位移滿足±100mm，橫向位移滿足±50mm，支座的抗拉力應(yīng)至少250kN；對于10#墩頂已碎裂的梁底擋塊進行鑿除，更換為鋼擋塊；綜合考慮受力、耐久性、美觀性性能。對開裂較重的9#、10#墩進行外包混凝土增大截面的方式處治；對結(jié)構(gòu)既有裂縫按照縫寬大小分別采用封閉或注膠方式處治。

五、結(jié)語

本文針對連續(xù)梁橋支座脫空及梁端橫移等病害，建立了空間有限元模型。各種工況組合計算分析結(jié)果表明，極端情況下梁端產(chǎn)生橫向爬移效應(yīng)。針對上述病害及分析結(jié)果，提出了梁體頂推復(fù)位、更換支座、墩身外包鋼筋混凝土等處治建議。