楊 斌，尹 恒，崔振山

(1.深圳高速公路股份有限公司，廣東深圳 518026;2.中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西西安 710075)

0 引言

普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁允許帶裂縫工作，但在橋梁養(yǎng)護(hù)工作中，常常發(fā)現(xiàn)普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的裂縫超過限值，并有發(fā)展趨勢，極大地影響了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。分析裂縫成因，制定相應(yīng)的維修加固方案，成為橋梁養(yǎng)護(hù)或擴建工程的工作重點。

本文以深圳梅觀高速公路擴建工程中一座普通鋼筋混凝土箱梁的加固為依托工程，依據(jù)檢測結(jié)論和結(jié)構(gòu)計算，對橋梁裂縫成因進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的維修措施。

1 橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

橋梁建成于1997年，上部結(jié)構(gòu)為17 m+2×21 m+17 m現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，箱梁梁高1.2 m，單箱單室斷面，頂板寬度為9.5 m，底板寬度為5.0 m，懸臂長度為2.05 m，箱梁腹板厚度為30～50 cm，跨中截面頂板厚度20 cm、底板厚度20 cm;下部結(jié)構(gòu)采用柱式橋墩、肋式橋臺和樁基礎(chǔ);水泥混凝土橋面鋪裝，仿毛勒式伸縮縫，TPZ-1型盆式橡膠支座。上部結(jié)構(gòu)箱梁存在主要病害如下。

1.1 底板橫向裂縫及腹板豎向裂縫

各跨箱梁底板在1/4～3/4橋跨范圍內(nèi)有多條橫向裂縫產(chǎn)生，縫寬基本介于0.05～0.15 mm之間，最大裂縫寬度為0.25 mm，縫長介于底板寬度的1/4～1/2之間，縫間距介于 0.15 ～0.35 m 之間，部分裂縫延伸到腹板;另外，腹板除與底板連通的裂縫外，還有大量豎向裂縫，縫寬基本介于0.05～0.15 mm之間，最大縫寬達(dá)0.25 mm，裂縫多呈中間寬、兩端窄的“棗核形”，長度在1/2～2/3腹板高度之間，少量裂縫貫通腹板高度。

1.2 底板及腹板斜向裂縫

部分橋跨底板、腹板在1/4及3/4橋跨附近有少量斜向裂縫產(chǎn)生，縫寬基本介于0.05～0.12 mm之間，最大縫寬為0.22 mm，縫長介于0.5 ～1.00 m之間。

1.3 翼緣板橫向裂縫

部分橋跨翼板有少量橫向裂縫產(chǎn)生，縫寬介于0.10 ～0.15 mm 之間，最大縫寬為 0.28 mm，縫長介于翼板寬度的1/3～2/3之間，少量裂縫貫通翼板寬度。

1.4 混凝土表觀缺陷

箱梁梁體存在大量鋼筋銹脹、混凝土剝落。腹板及底板有多處裂縫修補痕跡，未見重新開裂現(xiàn)象，但修補材料表層風(fēng)化剝落。

2 有限元計算及病害成因分析

采用通用有限元分析程序，按照實際受力情況簡化結(jié)構(gòu)受力模式，建立梁格單元結(jié)構(gòu)分析模型?？v梁根據(jù)腹板位置采用“工”字形截面模擬，橫梁根據(jù)箱梁頂?shù)装搴穸炔捎玫葎偠取岸毙徒孛婺M，有限元分析模型參見圖1。計算活載為汽車超—20掛—120，分別考慮左側(cè)偏載、中載、右側(cè)偏載三種活載工況。溫度梯度豎向日照正溫度梯度溫度基數(shù)T1=25℃、T2=6.7℃;豎向日照負(fù)溫度梯度溫度基數(shù)T1=-12.5℃、T2=-3.35℃。最不利荷載組合作用下承載能力極限狀態(tài)彎矩包絡(luò)結(jié)果見圖2。

表1、表2為原結(jié)構(gòu)箱梁驗算表。計算結(jié)論:在承載能力極限狀態(tài)下，箱梁跨中及支點截面抗彎承載能力不足，安全系數(shù)在0.57～0.96之間。

圖1 有限元分析模型

圖2 承載能力極限狀態(tài)彎矩包絡(luò)圖

表1 原結(jié)構(gòu)箱梁驗算表(承載能力極限狀態(tài))

表2 原結(jié)構(gòu)箱梁驗算表(正常使用極限狀態(tài))

病害成因分析:承載力計算結(jié)果表明，箱梁各跨跨中抗彎極限承載力不足，因而底板產(chǎn)生橫向裂縫，并延伸至腹板。梁靠近支點位置的兩側(cè)翼緣板板底有橫向裂縫，兩側(cè)翼緣板底的橫向裂縫有對稱性，因此判斷支點處頂板已橫向貫通開裂。翼緣板裂縫，為施工時腹板先期澆筑固結(jié)早，對翼板有約束作用，澆筑翼板時，因溫度變化，翼板混凝土變形受到腹板約束，因而產(chǎn)生橫向裂縫。

3 橋梁加固內(nèi)容及要點

1)對主梁采用增大截面法，腹板外側(cè)布置齒板及轉(zhuǎn)向塊，張拉體外預(yù)應(yīng)力鋼束，然后澆筑腹板加厚段，預(yù)應(yīng)力束設(shè)置在全橋腹板外側(cè)，兩端分別錨固于距梁端1.3 m處箱梁腹板上，每側(cè)腹板均設(shè)置2根5Φ15.2 mm的體外預(yù)應(yīng)力鋼束，全橋共4根鋼束，錨下控制應(yīng)力為1 116 MPa，預(yù)應(yīng)力布置見圖3。

圖3 新增體外預(yù)應(yīng)力圖(單位:cm)

2)采用常規(guī)病害修復(fù)措施對上部結(jié)構(gòu)裂縫及混凝土缺陷等病害進(jìn)行處理。

4 加固計算結(jié)果

加固后按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTJ 023-85)承載能力驗算，結(jié)果見表3。加固后橋箱梁截面的抗彎承載能力安全系數(shù)邊跨跨中為1.13，中跨跨中為1.14，支點處為1.03，箱梁跨中、支點截面抗彎均滿足要求。

表3 加固后箱梁承載能力極限狀態(tài)抗彎驗算表

新增體外預(yù)應(yīng)力加固需要對箱梁端部體外索錨固區(qū)進(jìn)行局部分析。在體外索張拉錨固作用下，箱梁腹板與新增齒板交界面處混凝土表層在未考慮原結(jié)構(gòu)普通鋼筋作用下的最大拉應(yīng)力約為2.4 MPa。體外預(yù)應(yīng)力張拉錨固作用下箱梁應(yīng)力云圖見圖4。

圖4 體外預(yù)應(yīng)力張拉錨固作用下箱梁應(yīng)力云圖

5 結(jié)論

1)采用體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土箱梁的加固效率較高，合理布置預(yù)應(yīng)力鋼束，可以有效改善箱梁的受力，增加壓應(yīng)力的安全儲備，提高抗彎承載力。

2)新增體外預(yù)應(yīng)力加固需要對箱梁端部體外索錨固區(qū)進(jìn)行局部分析，錨固時盡量靠近梁端橫梁布置，錨固區(qū)越靠近梁端由此產(chǎn)生的箱梁拉應(yīng)力越小。

3)體外預(yù)應(yīng)力鋼束的布置受各種構(gòu)造條件限制，對于梁高較矮的普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁橋由于受箱梁翼沿控制，鋼束無法靠近截面上緣布置，導(dǎo)致此類加固方法對支點負(fù)彎矩承載能力提高幅度有限。必要時可以考慮對箱梁翼沿鉆孔，抬高支點附近鋼束位置使之布置于橋面鋪裝內(nèi)，從而大幅提高支點抗彎承載能力。

［1］郁清玲.公路改擴建工程實用手冊［M］.哈爾濱:哈爾濱地圖出版社，2004.

［2］駕栓海.公路橋梁荷載橫向分布計算方法［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［3］尹 恒.箱梁拼寬前后內(nèi)力變化分析及處理措施［J］.貴州大學(xué)學(xué)報，2010(1).

［4］JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范［S］.