预应力连续箱梁桥病害分析及加固方法研究

欧阳潮12

（1.长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙 410004；2.株洲市市政工程维护处，湖南株洲 412000）

预应力连续箱梁桥病害分析及加固方法研究

欧阳潮1，2

（1.长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙 410004；2.株洲市市政工程维护处，湖南株洲 412000）

株洲响田预应力连续箱梁桥运营15年后，箱梁内外出现较多裂缝、钢筋锈蚀和台后填土沉降等病害，已影响桥梁结构的正常使用和安全。文中根据该桥的质量检测报告，对其病害成因进行了力学分析，提出了箱梁顶板采用增厚钢筋砼、箱室顶板内表面粘贴钢板和碳纤维布及箱梁腹板粘贴钢板的加固方法，验算结果表明加固后桥梁结构各截面拉应力和主拉应力都不同程度地减小，结构承载力和刚度都得到较大提高。

桥梁；预应力连续梁桥；病害分析；加固设计

桥梁作为交通工程的咽喉，对确保交通顺畅起到关键作用。桥梁在使用过程中，由于外荷载及不确定环境因素等的影响，结构承载力和耐久性逐渐衰退，影响结构安全和正常使用。据统计，中国正在服役的众多桥梁中，许多出现了各种各样的病害及承载力不足的情况，满足不了当今交通高速发展的需要。如果对不能满足要求的桥梁全部拆除新建，不合理也没必要，而在原有桥梁基础上进行加固的投资比新建减少10%～30%，工期减少一半，而且不影响桥下运输或通航。如何对现有桥梁进行有效而可靠的加固，是桥梁建设今后面临的一个挑战。该文以株洲响田大桥为工程背景，研究预应力连续箱梁桥的加固方案，为同类型桥梁加固提供借鉴。

1　工程概况

响田大桥位于湖南株洲市环线路上，跨越京广铁路线，全桥总长250.9m，桥面总宽16m。该桥的主桥为七跨等截面预应力砼连续箱梁桥，采用双箱双室截面，支座处设80cm厚横梁，横梁处为单箱三室，纵向预应力筋为直线束，无横向预应力筋，引桥为一跨预应力T梁。主桥立面和横截面布置分别见图1、图2。主桥跨径布置为25m+25m+40 m+45m+40m+40m+35m；引桥跨径布置为1 ×24.8m；桥面宽度：全宽16m，横向布置为2× 1.5m人行道+12m行车道+2×0.5m防撞护栏；桥面纵坡：小于3%；桥面横坡：1.0%；荷载等级：公路-Ⅰ级，人群荷载为3.5kN/m。

图1　响田大桥立面图（单位：cm）

图2　响田大桥横截面示意图（单位：cm）

2　老桥现状

2.1主要病害

（1）主梁砼浇筑质量较差，箱梁内外部均有较多孔洞、空洞、露筋等病害。

（2）箱梁内出现较多裂缝，斜裂缝主要出现在支座附近及跨中四分点附近，宽度普遍较大；横向裂缝主要出现在跨中处，大部分延伸至腹板。

（3）箱室顶板存在顺桥向裂缝，部分箱室内存在积水。

（4）支座横隔板和中横隔板上部开裂严重。

（5）两端桥台开裂渗水严重，出现较大面积的护坡破损。

（6）桥台位置的支座开裂变形，已失去功能。（7）防撞栏杆钢筋保护层偏薄，出现较大区域钢筋锈胀。

（8）主梁裂缝超限，属于D级桥梁。

2.2病害产生原因分析

桥梁病害较多，下面主要针对不同位置的裂缝进行成因分析：

（1）主梁跨中底板横向裂缝的主要成因为在外荷载作用下，底部拉应力大于砼能承受的最大拉应力。导致这种情况的主要原因为外荷载大于设计最大荷载、砼收缩徐变作用导致预应力损失较大。

（2）主梁支座、四分点附近斜裂缝主要是在外荷载作用下，主拉应力大于砼能承受的最大拉应力造成的。产生原因为箍筋配置较少及竖向预应力损失。

（3）横隔板及其附近顶板出现较多裂缝，原因是跨中及梁端横隔板抗扭刚度偏弱、横隔板中横竖向预应力损失较大。

（4）部分裂缝是施工不当形成的干缩裂缝，浇筑的砼没有按标准养护，因收缩作用导致砼开裂。

（5）护栏、栏杆破损及裂缝是由钢筋保护层偏薄、钢筋锈胀所致。

（6）两桥台上的裂缝主要是由于台后填土不均匀沉降引起的。

3　主要维修加固措施

3.1箱梁顶板植筋加固（见图3）

（1）清除原有桥面铺装层，原沥青砼面层采用人工凿除，去除桥面泽浆和松散调平层。人工凿毛箱梁顶板砼表面，并清理干净，要求无泥砂、无油污、无积水。

（2）将顶板砼表面凿毛后，采用φ12钢筋进行植筋，植筋孔径为16mm，植筋深度为17cm。无法植筋的位置采用与梁体普通钢筋绑扎的连接方式。

（3）顶板铺设钢筋网，桥面铺设直径4mm、间距20cm与直径20mm、间距12.5cm的钢筋网，放置在植筋上面。要求钢筋网定位准确，钢筋保护层厚度不得少于4cm，钢筋网无局部下沉现象。

（4）严格按照标准对砼进行浇筑和养护。

图3　箱梁顶板植筋加固示意图（单位：cm）

3.2箱室顶板底面加固

（1）顶板内箱室顶面粘贴碳纤维布（见图4），横桥向粘贴2层，规格为（200×2400）mm，间距200 mm；纵桥向粘贴2层，规格为（200×23500）mm，间距300mm。

图4　内箱室粘贴碳纤维加固示意图（单位：cm）

（2）粘贴箱室顶板内表面钢板（见图5），钢板采用Q345钢材，钢板下空隙处均用环氧砂浆填实；采用M12螺栓，植埋深度为8cm，间距32.5cm。钢板规格：竖向钢板（100×6×1560）mm、间距10 cm，两侧横向压条钢板（100×3×3100）mm。

图5　内箱室粘贴钢板加固示意图（单位：cm）

（3）内箱室横隔板粘贴钢板。横桥向贴3块10 mm厚（150×1300）mm钢板，纵桥向贴5块3mm厚（100×1720）mm钢板；横隔板两侧各贴2块6 mm厚（150×3100）mm钢板（见图6）。

图6　横隔板加固示意图（单位：cm）

4　加固结构验算及效果

结构维修加固后，结构上增加的荷载主要是新加的箱梁顶板7～13cm钢筋砼叠合层和粘贴钢板重量，约为2.0kN/m。经计算复核，荷载增量对结构受力影响较小，该桥结构强度、刚度和应力均满足原设计规范的要求，不再列出详细结果，仅对粘贴钢板加固后结构斜截面抗剪承载力进行计算。

4.1抗剪加固承载力验算

由于箱梁腹板主拉应力超出规范限值较小，正应力满足规范要求及未出现箱梁跨中下挠过大等情况，采用在箱室内粘贴6mm钢板进行斜截面抗剪补强加固。根据JTG/TJ22-2008《公路桥梁加固设计规范》第5.2.8条及6.2.7条规定进行计算，计算结果见表1。由计算结果可知加固后抗剪承载力满足规范要求。

表1　加固后主梁截面抗剪验算

续表1

4.2加固后荷载试验

通过荷载试验检验结构加固效果。静力荷载试验共拟定8种试验工况：工况Ⅰ为第4跨跨中最大正弯矩，正载；工况Ⅱ为第4跨跨中最大正弯矩，偏载；工况Ⅲ为第7跨跨中最大正弯矩，正载；工况Ⅳ为第7跨跨中最大正弯矩，偏载；工况Ⅴ为3#墩顶最大负弯矩，正载；工况Ⅵ为3#墩顶最大负弯矩，偏载；工况Ⅶ为T梁跨中最大正弯矩，正载；工况Ⅷ为T梁跨中最大正弯矩，偏载。各工况下箱梁关键截面的应变和挠度测试结果及与理论计算值的比较见表2和表3。由试验结果可知加固后结构承载力满足规范要求。

表2　各工况下箱梁各测点挠度和应变理论值与实测值对比

表3　各工况下T梁各测点挠度和应变理论值与实测值对比

5　结语

该文采用7～13cm钢筋砼叠合层对响田预应力连续箱梁桥箱梁顶板进行加固，在箱室顶板底面粘贴2层碳纤维布进行耐久性补强，对箱室横隔梁采用粘贴8和10mm钢板进行加固处理，对箱梁腹板采用在箱室内粘贴8mm钢板进行加固。经计算分析，加固增加的荷载对结构受力影响较小，加固后主梁下缘砼拉应力不同程度减小，截面主拉应力也明显减小，抗剪能力大幅度提高，粘贴的钢板使结构刚度得到提高。加固方案的效果明显，对类似工程具有借鉴和指导作用。

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2016-01-13