摘 要：某互通立交A匝道橋上跨濟(jì)廣高速公路，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩臺。本文首先對橋梁的主要病害進(jìn)行了介紹，并采用彎斜坡異型橋梁空間結(jié)構(gòu)分析軟件系統(tǒng)3D-BSA’2008對橋梁進(jìn)行了針對性的結(jié)構(gòu)分析，其次結(jié)合橋梁的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，對橋墩墩身開裂、橋梁橫向位移及支座破壞進(jìn)行了深入的分析，針對這些病害提出了相應(yīng)的加固處理措施。為避免此類病害的發(fā)生，最后提出了在設(shè)計中應(yīng)著重注意的問題。該文提出的病害整治措施和設(shè)計中注意的問題可為同類橋梁的加固和設(shè)計提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：匝道橋 病害整治 措施 結(jié)構(gòu)分析

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0097-03

1 橋梁概況

某互通立交A匝道橋上跨濟(jì)廣高速公路，跨徑組合為三聯(lián)4×20m+（20+2×32+20）m+4×20m，第一、三聯(lián)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，第二聯(lián)采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，該橋中心樁號AK0+678.776，起點樁號AK0+543.556，終點樁號AK0+813.996，橋梁全長270.44 m。橋梁上跨濟(jì)廣高速斜交角度為60.456°。

橋梁縱面位于R=4800 m的凸形豎曲線，橋?qū)?9.0 m，橋面橫坡為單向最大6%，最大縱坡2.75%，本橋位于半徑R=280 m，緩和曲線長LS=220 m的平曲線內(nèi)。

橋跨布置：第一、三聯(lián)采用4×20m現(xiàn)澆鋼筋混凝土單箱四室連續(xù)箱梁，第二聯(lián)采用（20+2×32+20）m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土單箱四室連續(xù)箱梁。

橋梁下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土肋板式橋臺，臺身高分別為5.5和6.2 m，承臺高1.5 m，采用6根φ1.2 m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋墩采用樁柱式橋墩，墩柱直徑為φ1.3 m，樁基采用φ1.5 m樁基礎(chǔ)。

箱梁采用C50砼；橋面鋪裝采用10 cm厚瀝青混凝土+三涂FYT改進(jìn)型防水層+8cmC50混凝土調(diào)平層；橋墩立柱、系梁、承臺及防撞護(hù)墻采用C30砼；樁基采用C25砼。全橋均設(shè)置GPZ（Ⅱ）系列盆式橡膠支座；全橋四道伸縮縫均為D80型伸縮縫。

2 橋梁主要病害

通過全橋的檢測，橋梁的主要病害為橋墩墩身裂縫、主梁橫向位移及支座移位及破壞。

2.1 橋墩墩身裂縫

以第二聯(lián)6號墩中間立柱及外側(cè)立柱（即為遠(yuǎn)圓心側(cè)的墩柱）圓心側(cè)水平環(huán)向裂縫嚴(yán)重，最大裂縫寬度1.5 mm，裂縫位置分別位于柱底10 cm、50 cm、90 cm等共計10道，柱頭徑向外傾2.85 cm。

其余墩柱裂縫均出現(xiàn)在中間墩柱或外側(cè)墩柱的圓心側(cè)，距離樁頂約為0～1.5 m處，其最大裂縫寬度約為0.3 mm，最小裂縫寬度約為0.1 mm。其中第一聯(lián)20道，第二聯(lián)33道，第三聯(lián)25道，過渡墩墩身均無裂縫。

2.2 主梁橫向位移

橋梁的橫向位移主要表現(xiàn)在外側(cè)擋塊被擠裂。全橋橋墩擋塊與主梁腹板的間距均明顯小于設(shè)計值5 cm，大部分擋塊與主梁腹板緊貼，2、6、8號橋墩外側(cè)擋塊均發(fā)生不同程度開裂，以6號橋墩外側(cè)擋塊最為嚴(yán)重。

2.3 支座橫向位移

本橋除固定支座外，其它單向、雙向支座均不同程度發(fā)生橫向位移，其中4號、8號聯(lián)端墩處支座橫向位移嚴(yán)重，均在5cm以上。

2.4 支座剪切破壞

4號、8號墩頂支座頂板外滑，造成支座底板隨之滑動，墊石螺栓被剪斷，墊石混凝土（外側(cè)）壓潰；墊石混凝土回彈強(qiáng)度大于60.0 MPa。

3 橋梁結(jié)構(gòu)分析

3.1 模型的建立

以第二聯(lián)為例，為了分析主梁在復(fù)雜的平曲線內(nèi)各種作用下的最不利效應(yīng)，結(jié)構(gòu)分析采用“彎斜坡異型橋梁空間結(jié)構(gòu)分析軟件系統(tǒng)3D-BSA’2008”進(jìn)行，有限元模型中采用了包括主梁、橫梁、墩臺身、支座、剛臂單元、樁基在內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)分析模型。模型中充分考慮了施工及運(yùn)營階段的結(jié)構(gòu)剛度模擬與各種荷載的作用過程，并且計入了預(yù)應(yīng)力鋼束對箱梁剛度的影響。為便于分析包括活載偏載效應(yīng)在內(nèi)的空間受力特性，采用柔性-剪力梁格理論建立模型，以用于形成橋面網(wǎng)格進(jìn)行活載布載?；钶d分析中采用機(jī)動法計算內(nèi)力、支反力影響面。利用二維動態(tài)規(guī)劃在內(nèi)力、支反力影響線上進(jìn)行最不利布載。內(nèi)力、支反力影響面計算中考慮了扭矩的影響，疊加豎向單位力影響面和扭矩單位力影響面，形成組合影響面。縱橫向布載中，汽車車隊的縱向排列和橫向布置及車隊荷載效應(yīng)的縱橫向折減系數(shù)均滿足《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003）中的規(guī)定。

3.2 主要分析結(jié)果

本橋主梁雖發(fā)生橫向位移，但主梁各部均完好，未發(fā)生開裂、局部變形等病害，故認(rèn)為主梁滿足要求，僅針對橋梁病害進(jìn)行相關(guān)驗算。

（1）橋墩活載反力、離心力、制動力的計算。

活載按照4列車計入，制動力為442.2KN；設(shè)計時速60km/h，標(biāo)準(zhǔn)離心力系數(shù)為0.1012，離心力效應(yīng)計入活載效應(yīng)中，計算結(jié)果如表1。

（2）橋墩強(qiáng)度的計算。

橋墩墩身為圓截面，柱徑1.3m，均采用28φ22，橋墩計算長度取2L（L為墩高）。橋墩彎矩由活載的離心力和制動力產(chǎn)生，對于兩個方向的彎矩組合采用以下公式計算：，其中Mx為順橋向彎矩，My為橫橋向彎矩。計算結(jié)果如表2。

4 橋梁主要病害分析

4.1 病害分析

（1）橋墩墩身裂縫。

本橋采用三柱式橋墩，墩頂無橫系梁，橫向三柱不能形成橫向共同受力。從表1可以看出，凡是柱頂無聯(lián)系的橋墩（見圖1橋型布置圖平面），離心力均由中柱承擔(dān)，邊柱不參與橫向力的分配；設(shè)置蓋梁的過渡墩，橫向力由三柱均勻分配。通過表2可以看出，在橫向力作用下，僅僅由中柱承擔(dān)的橋墩，造成中柱受力過大，承載能力不足，故引起墩柱開裂；設(shè)置蓋梁的過渡墩，墩身承載能力安全儲備均較大。計算結(jié)果與橋墩實際檢測情況相符。

（2）橋梁橫向位移。

本橋?qū)挾冗_(dá)19m，通過計算分析，溫度升降溫對結(jié)構(gòu)橫向位移影響不大。考慮整體升溫30℃，橋梁橫向位移位于聯(lián)端處，最大5mm，故橋梁位移主要由活載的離心力產(chǎn)生。本橋橫向約束體系由圖7示意。橫向剛度由橋臺、過渡墩（4、8號橋墩）及其它橋墩的中柱組成，其聯(lián)端約束較強(qiáng)、聯(lián)中約束較弱的結(jié)構(gòu)體系。

在橫向力作用下，橋梁將產(chǎn)生橫向變形，并且聯(lián)中產(chǎn)生的橫向位移大于聯(lián)端。由橋梁位于曲線上，在橋梁縱向制動力的作用下，也會使橋墩產(chǎn)生橫向位移。當(dāng)橫向和縱向變形在橋墩的彈性變形范圍內(nèi)時，橋墩依靠自身的剛度可以自行恢復(fù)，但支座自身產(chǎn)生的變形無法恢復(fù)。支座發(fā)支座上鋼板位移后，支座內(nèi)橡膠體處于偏壓狀態(tài)，使得支座頂面由原來的平面變成向曲線外側(cè)傾斜的斜面，在活載作用下，使支座上鋼板不斷外移，直至支座上鋼板的限位板內(nèi)側(cè)卡死。支座限位板內(nèi)側(cè)卡死后，再產(chǎn)生的變形將由橋墩承擔(dān)，使橋墩橫向變形進(jìn)一步增大，當(dāng)橋墩變形超出其彈性范圍后，就會導(dǎo)致橋墩墩身環(huán)向開裂，此時橋墩已無法恢復(fù)變形。

（3）支座的剪切計算。

本橋第二聯(lián)橋聯(lián)端支座型號為GPZ2.5，其它墩支座型號均為GPZ8。根據(jù)相關(guān)支座資料，GPZ2.5支座錨栓為4M16，GPZ8支座錨栓為4M32。單個M16的螺栓直接抗剪強(qiáng)度為16KN，一個支座抗剪強(qiáng)度為4x16=64KN；單個M32的螺栓直接抗剪強(qiáng)度為64KN，一個支座抗剪強(qiáng)度為4x64=256KN。從表1可看出，4號、8號橋墩離心力（橫向剪力）已經(jīng)大于GPZ2.5支座錨栓的抗剪強(qiáng)度，故導(dǎo)致支座錨栓剪斷破壞，其它墩支座錨栓強(qiáng)度均大于離心力，故不會引起支座錨栓剪斷破壞。

5 整治措施

針對以上病害，進(jìn)行了以下加固維修處理：

（1）增強(qiáng)橋墩的整體性，增大橋墩的橫向剛度。

增加墩頂橫系梁，使橫向三柱連成整體，橫向力由橋墩整體進(jìn)行分配，減小中柱橫向力的大小，改善中柱的受力；同時墩頂系梁可作為更換支座的工作平臺。

（2）更換不滿足要求的支座，合理設(shè)置支座的限位方向。

對不滿足要求的支座進(jìn)行更換，增大螺栓直徑，使之在正常使用狀況下支座承載力和螺栓抗剪滿足要求；對于支座噸位、錨栓強(qiáng)度均滿足要求的支座，進(jìn)行復(fù)位?？紤]到溫度橫向變形很小，可以考慮將所有支座橫向限位，以共同分擔(dān)徑向力，改善橋墩、支座的受力。

（3）對于出現(xiàn)裂縫的橋墩進(jìn)行封縫、灌縫處理。經(jīng)計算，增增加墩頂橫系梁后，原墩身結(jié)構(gòu)尺寸可滿足受力要求，故無需采用增大截面、貼碳纖維布等措施。橋梁采用以上整治措施進(jìn)行施工，竣工后目前已運(yùn)營3年，未出現(xiàn)前述病害。

6 結(jié)語

通過對本橋的病害分析和處理措施，反映了設(shè)計過程中對結(jié)構(gòu)受力考慮不夠全面及構(gòu)造的不合理。為避免同類橋梁出現(xiàn)類似病害，對該類橋梁在設(shè)計中應(yīng)注意的問題進(jìn)行總結(jié)，為同類橋梁的設(shè)計提供參考。

（1）計算模型與實際受力的不一致。

在設(shè)計計算過程中，一座橋墩的三柱同時受力，是可以滿足要求的；而在設(shè)計過程中，一座橋墩的三柱并沒有整體受力，使得一座橋墩中僅一個墩柱承受橫向力，導(dǎo)致受力墩柱開裂。

（2）充分考慮曲線橋梁的受力特性，合理約束橋梁的橫向位移。

曲線橋梁的受力特性決定了橋梁在活載作用下將產(chǎn)生離心力，該力的大小與曲線半徑、行車速度、橋梁跨徑均有密切關(guān)系。離心力的大小、支座的橫向約束直接決定了橋梁的橫向位移，故在設(shè)計過程中應(yīng)綜合考慮，盡可能約束橋梁的橫向變位，使橋梁上下部結(jié)構(gòu)形成整體，減小橋梁的橫向位移。

（3）注重支座的受力驗算。

支座是橋梁上下部結(jié)構(gòu)的聯(lián)系的重要紐帶，支座的安全與否將直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全。設(shè)計中往往只注重支座的豎向承載力，忽略了支座的抗剪驗算。本橋中就是因為離心力大于支座錨栓的抗剪強(qiáng)度引起的剪切破壞。引起橋梁病害的因素很多，設(shè)計中應(yīng)對各影響因素進(jìn)行充分、認(rèn)真的考慮和判斷，深入了解橋梁的受力特性，注重關(guān)節(jié)部位的構(gòu)造和受力要求，確保計算模型與實際受力一致，就能大大降低橋梁的病害。

參考文獻(xiàn)

[1]中交公路規(guī)劃設(shè)計院.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司.公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[3]范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京：人民交通出版社，1988.

[4]項海帆，姚玲森.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論[M].北京：人民交通出版社，2001.

[5]劉自明.橋梁工程養(yǎng)護(hù)與維修手冊[M].北京：人民交通出版社，2004.