论桥面板维修加固

张 芹

(中交第一公路勘察设计研究院，陕西 西安 710000)



·桥梁·隧道·

论桥面板维修加固

张 芹

(中交第一公路勘察设计研究院，陕西 西安 710000)

介绍了桥面板常见的病害类型，从减轻自重、提高耐久性与承载力等角度，阐述了混凝土桥面板、正交异性钢桥面板以及FRP桥面板的维修改造措施，确保了桥梁的安全运营。

桥面板，维修改造，耐久性，承载力

0 引言

20世纪后期，我国大规模新建桥梁。运营十几年至几十年后，桥梁材料逐渐老化，构件受损，加之外部环境和超载运营等其他不确定因素的影响，许多桥梁已步入生命周期的加固维修阶段。现有桥梁病害种类繁多，桥梁开裂是最为广泛的存在，如混凝土主梁跨中底面开裂混凝土主梁墩顶顶面开裂，钢梁焊缝处开裂及最明显的桥面铺装开裂等等。本文仅对旧桥桥面板开裂的维修改造进行论述。

桥梁桥面板开裂未必立刻、马上影响桥梁的安全使用，但可以肯定的是它会影响桥梁的耐久性。针对不同类型的桥面板，本文从提高耐久性，减轻自重，提高主梁承载力等角度对旧桥桥面板的维修改造进行论述。

1 桥面板维修改造措施

1.1 混凝土桥面板维修改造措施

对于采用混凝土主梁，水泥混凝土加沥青混凝土铺装的桥梁。对桥面板裂缝进行维修时，首先将原桥面铺装铣刨掉，再对开裂的混凝土桥面板进行封缝、灌缝处理，最后按原设计重新铺设混凝土层和沥青层。这种常规的维修方法能解决旧桥桥面板开裂及桥面铺装开裂，坑槽，壅包等问题，既提高了桥梁正常使用性能，又可防止雨水从桥面板渗入从而侵蚀主梁，提高了桥梁耐久性，延长桥梁使用寿命。此外，如对原桥桥面铺装采取相应的改造措施，还可以解决主梁应力超限和承载力不足等问题，如下所述：1)重做混凝铺装时，在主梁顶部植筋，使主梁和新混凝土现浇层成为整体，共同受力。采取该措施相当于增大主梁截面，从而提高了桥梁刚度，可以改善主梁由刚度不足引起的变形，开裂，应力偏大等问题。2)重做混凝铺装时，在主梁顶部植筋，且在墩顶位置增设纵向受力钢筋。采取该措施除增加主梁刚度外，还可以提高主梁抵抗负弯矩的能力，解决桥梁由于承载力不足引起的主梁顶面开裂等问题。3)如重新铺设时减小混凝土层或沥青层厚度，可以减轻桥梁自重，提高桥梁承受车辆荷载的能力。此方法施工工艺成熟，简单可行，但施工工期稍长，会影响交通。根据原桥现状及交通运营要求选择适当的措施提高桥梁服务性能，用最简单的方法解决桥梁存在的问题。本方法广泛应用于旧桥改造，且不局限于混凝土桥梁。

1.2 正交异性钢桥面板维修改造措施

对于采用正交异性钢桥面板的桥梁，正交异性钢桥面板疲劳裂缝常规处理是在裂缝端部打孔阻止裂缝进一步发展。正交异性钢桥面板是由互相垂直的纵横向加劲肋和桥面板焊接而成[1]。新建桥梁中正交异性钢桥面板主要用于钢箱梁，钢桁架桥等。正交异性钢桥面板既作为主梁上翼缘与主梁共同承受荷载作用，又作为桥面体系的一部分直接承受车轮荷载。由于正交异性钢桥面板各部位影响线短，所以在车辆荷载作用下各疲劳细节处应力循环次数多，对疲劳十分敏感。此外正交异性钢桥面板构造复杂，各部位多采用焊接连接，在焊接残余应力、温度、外部不良环境等因素的耦合作用下，正交异性钢桥面板疲劳问题更加显著。对于采用沥青混凝土铺装的桥梁，沥青混合料桥面铺装刚度随着温度的升高迅速降低，会导致在桥面板的受力要比温度低时高；在相同荷载条件下，铺装层温度在高温(55 ℃)条件下钢桥面板疲劳损伤度约为常温(10 ℃)的21倍[2]。目前，我国对正交异性钢桥面板的研究越来越多，但十分有限，研究表明疲劳细节的构造尺寸和桥面铺装厚度、刚度对正交异性钢桥面板疲劳细节处应力幅影响显著。在桥梁加固改造中将沥青混凝土铺装换成水泥混凝土铺装可以有效降低各疲劳细节处应力幅。对于需要重新更换正交异性钢桥面板的桁架桥或工字组合梁桥等，应借鉴国外成功经验，根据实际交通荷载结合有限元分析设计适当的构造尺寸(如横隔板挖孔自由边半径等)降低疲劳细节处应力幅；桥面板纵向焊缝尽量避开车辆轮迹布置；纵向加劲肋尽量采用螺栓连接；保障焊缝质量，将焊缝打磨平整，避免焊缝未完全熔透造成的原始裂缝或焊缝存在尖角使得应力集中；利用敲击等物理方法释放部分焊缝残余应力。对于采用混凝土桥面的旧桥，将桥面板换为正交异性钢桥面板可大幅降低桥梁承受恒载的负担，另正交异性钢桥面板可作为主梁的一部分承受荷载作用，提高了桥梁承载力，但由于正交异性钢桥面板的高度在200 mm～280 mm，在桥梁加固中如需通过清理桥梁顶部保证桥面标高不变，施工将存在相当难度，并非所有桥梁都适宜采用此方法，而且其本身构造复杂，疲劳问题显著，在桥梁加固中难以广泛采用。综上所述，在原结构采用正交异性钢桥面板的桁架桥或工字梁桥等需更换桥面板时，可优先考虑采用此方法。

2 FRP桥面板在旧桥改造中的应用

FRP即新型纤维增强复合材料，是由基体和增强体组成，纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体，树脂等基体材料具有良好的粘结性能，把纤维牢固的粘结起来，同时又使荷载均匀分布并传递到纤维，且允许纤维具有一定的抗压和抗剪能力[3]。FRP空芯板和夹芯板是理想的桥面板，目前国际上在旧桥改造和新建桥梁中已经大量的应用[4]，如美国纽约州Bently Greek 桥主梁采用钢桁架，1999年采用GFRP夹芯板替换了原桥混凝土桥面板，有效提高了该桥行车荷载。与混凝土桥面板和正交异性钢桥面板相比，FRP桥面板具有显著的优点[5，6]：1)自重轻，FRP桥面板的自重约为传统混凝土桥面板的20%～40%。2)抗疲劳性能好，某些FRP桥面板的疲劳强度可达其拉伸强度的70%～80%。3)良好的耐化学腐蚀性，可用于特殊环境旧桥桥面板加固改造。4)施工方便，FRP桥面板工厂制造，现场安装，不需要重型机械，甚至不需要起重设备。但FRP桥面板的材料组成复杂，设计理论不完善，价格高，桥面板横向连接及桥面板与原梁体的连接等问题都制约着FRP桥面板在旧桥加固中应用的推广。在实际使用中，桥梁工程人员需结合实际，设计结构合理，价格经济的FRP桥面板，在实践中积累经验，充分发挥FRP桥面板的优点。例如在埃德蒙顿道森桥的维修中，采用轻质复合钢板和弹性系统(夹芯板系统SPS)代替了原桥的半钢纤维轻质混凝土桥面。SPS桥面板由周边钢板和弹性填充物组成，施工采用“车间焊接，现场螺栓”的原则，有效解决了桥面板的疲劳问题，且缩短了施工工期，节约了成本。道森桥采用的SPS桥面板可视为优化版的FRP夹芯板，在桥梁加固改造工程中值得借鉴。

3 结语

在旧桥加固中，需从实际出发，一桥一方案，采取合理经济的措施解决旧桥桥面板存在的问题。传统的加固措施在实践中进一步完善，新材料，新结构在实践中不断发展成熟。

[1] 王春生，冯亚程.正交异性钢桥面板的疲劳研究综述[J].科研开发，2009,24(9)：10-14.

[2] 吴 冲，刘海燕，张志宏，等.桥面铺装温度对正交异性钢桥面板疲劳的影响[J].同济大学学报，2013，41(8):1213-1218.

[3] 万 水，胡 红，周荣星.复合材料桥面板的应用和研究进展[J].公路交通科技，2004，21(8):59-63.

[4] 殷惠光，王景全，李志刚.FRP桥面板结构特点及设计方法研究[J].常州工学院学报，2006，19(1):27-31.

[5] 冯 鹏，叶列平.FRP夹芯桥面板及新型FRP组合桥面板[A].2002全国桥梁学术会议论文集[C].北京：人民交通出版社，2002:723-731.

[6] Scott W D，Gerard M V，Roy Marsh.Fibre composite bridge decks-an alternative approach[J].Composites:Part A,2001(32):1339-1343.

On maintenance consolidation of bridge deck slabs

Zhang Qin

(CCCCFirstHighwayConsultAntsCo.,Ltd,Xi’an710000,China)

The paper introduces the types of common diseases on the bridge deck slabs, illustrates the maintenance and reconstruction measures for the concrete bridge deck slab, orthotropic steel bridge deck slabs and FRP bridge deck slab from the gravity reduction and improvement of durability and loading capacity, so as to ensure the safe operation of bridges.

bridge deck slab, maintenance and reconstruction, durability, loading capacity

1009-6825(2016)28-0156-02

2016-07-26

张 芹(1985- )，女，工程师

U445.7

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