張治凱

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖北武漢　430079）

試論預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋維修與加固技術(shù)

張治凱

（湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院湖北武漢430079）

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主要結(jié)構(gòu)問題在于結(jié)構(gòu)性的裂縫以及跨中下?lián)蠁栴}，該問題基本屬于永久性問題，且通常不具備彈性變形的性能，在原橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)以及應(yīng)力情況已經(jīng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)變時(shí)，需要嚴(yán)格監(jiān)控維修加固，保證安全高效的完成加固工作，進(jìn)一步保證橋梁后期的正常使用，促進(jìn)交通運(yùn)輸?shù)捻樌\(yùn)行。

混凝土連續(xù)橋梁；預(yù)應(yīng)力；維修加固

在我國運(yùn)用最廣的公路橋梁為混凝土連續(xù)橋梁，這種橋梁能夠極大程度的適應(yīng)我國的交通公路環(huán)境需求，且使用壽命長。而由于我國經(jīng)濟(jì)環(huán)境的變化，交通運(yùn)輸工具的快速發(fā)展，對前期建設(shè)的混凝土連續(xù)橋梁產(chǎn)生了較大的耗損情況，促使其發(fā)生了結(jié)構(gòu)性裂縫以及跨中下?lián)系惹闆r，為了保證橋梁工程的正常使用，業(yè)內(nèi)人士開展了有關(guān)加固橋梁的研究課題，本文將根據(jù)筆者的多年經(jīng)驗(yàn)，對這一課題進(jìn)行簡要的分析探討。

1　進(jìn)行橋梁加固的基本原則

進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)橋梁的加固工作時(shí)，為了保證加固工作能夠準(zhǔn)確順利的開展，主要需要遵守兩項(xiàng)基本原則。

1.1只加不減

所謂“只加不減”指的是，在進(jìn)行橋梁的維修加固工作時(shí)，要保證不會(huì)因?yàn)榧庸潭斐蓸蛄罕倔w結(jié)構(gòu)的破壞。加固所針對的是橋梁的結(jié)構(gòu)性問題，針對此類問題，首先進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)方案的設(shè)計(jì)，而對橋梁中的局部梁體問題，則可以使用鋼板黏合的方式，進(jìn)行維修加固，既簡單又方便。

碳纖維復(fù)合材料是否能夠與橋梁的固有結(jié)構(gòu)材料同時(shí)發(fā)生受力變形作用，對利用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的加固維修具有決定性的作用。一般的碳纖維板材具有E=1.6×105的彈性模量，其抗拉的強(qiáng)度可以達(dá)到2400MPa，若想將其抗拉強(qiáng)度進(jìn)行有效的發(fā)揮，就需要受到1.7%的拉伸變形。而普通的鋼筋具有2×105的彈性模量，但其抗拉的強(qiáng)度可以達(dá)到300MPa，若想將其抗拉強(qiáng)度進(jìn)行有效的發(fā)揮，就需要受到0.15%的拉伸變形.如果將兩種材質(zhì)運(yùn)用在統(tǒng)一工作環(huán)境中，將鋼筋的初始應(yīng)變情況排除，當(dāng)鋼筋發(fā)生屈服時(shí)，碳纖維符合材料的強(qiáng)度只占整抗拉強(qiáng)度的8.8%。通過預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固技術(shù)可以彌補(bǔ)這一問題[1]。

1.2全程監(jiān)控

當(dāng)具有混凝土結(jié)構(gòu)的箱體出現(xiàn)孔縫時(shí)，會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生較大的下?lián)希疫@些縫隙以及下?lián)洗蟛糠譃橛谰眯缘?，且不?huì)發(fā)生彈性變形，因此發(fā)生這一情況，會(huì)使橋梁的應(yīng)力分布、整體結(jié)構(gòu)以及剛度等方面發(fā)生很大的變化。而在進(jìn)行橋梁維修加固的計(jì)算時(shí)，并不能達(dá)到對橋梁結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)模型設(shè)計(jì)，往往實(shí)際的情況與理論數(shù)據(jù)存在有較大的差距[2]，因此，在開展橋梁的維修加固工作時(shí)，要對整體施工狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀察及監(jiān)督，及時(shí)的根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行理論數(shù)據(jù)的修改，從而到達(dá)防止施工產(chǎn)生新橋梁問題，確保橋梁結(jié)構(gòu)安全調(diào)整的目的。

2　案例

位于湖北某地的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，其跨徑為65m+ 115m+65m=245m；汽車荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為公路——Ⅰ級；上部結(jié)構(gòu)選用單箱單室箱梁截面，橋梁根部梁高5.8m；跨中梁高2.5m；梁底按2次拋物線變化，箱梁頂板厚25cm；箱梁底部懸臂根部的厚度為70cm，箱梁跨中底底板厚度為30cm，腹板厚度根部為70cm，跨中為40cm。

3　案例分析

3.1問題

此橋自建成通車共有10年，年久失修，具有較多的冰害問題，具體情況如下：

（1）與建成初期的數(shù)據(jù)相比，橋梁主跨的跨中部位出現(xiàn)下?lián)锨闆r，跨中下?lián)?0.3cm；

（2）在橋梁的箱梁腹板處，出現(xiàn)了斜裂縫情況，這種情況主要分布在邊跨為0.2～0.4L中跨為0.3～0.6L的部位，且以跨中為中間點(diǎn)，對稱分布，具有明顯的規(guī)律，部分裂縫的寬度已經(jīng)大于相關(guān)規(guī)定中的限定值；

（3）在箱梁的頂板部位也出行縱向的裂縫情況；

（4）橋面部分具有明顯的凹坑、裂縫，且鋼護(hù)欄銹蝕嚴(yán)重，伸縮縫破損；

（5）支座位置銹蝕情況嚴(yán)重，有局部的變形脫落現(xiàn)象；

（6）其它還有鋼筋外露、預(yù)應(yīng)力筋銹蝕等情況。

對此橋梁的問題狀況進(jìn)行分析計(jì)算，且考慮到截面減弱4%，豎向預(yù)應(yīng)力全損失以及縱向預(yù)應(yīng)力的階段損失，可對其現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)得出以下結(jié)論，見表1。

由表1可以看出：

（1）該橋梁處于彈性受力狀態(tài)，可以滿足于規(guī)范要求的承載要求，由于其主梁以及跨中下?lián)系睦瓚?yīng)力較強(qiáng)，為了恢復(fù)橋梁的剛度及承載能力，需對其進(jìn)行加固維修；

（2）在此橋梁中所出現(xiàn)的裂縫，全屬受力裂隙，而由于各種問題，促使橋梁原有的結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致外觀以及質(zhì)量上都有較大的影響，降低了橋梁的使用壽命，為使其能夠安全使用，需進(jìn)行維修工作。

表1　橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算表

綜合以上情況可以推斷出，在梁底出現(xiàn)橫向裂紋主要原因在于：由于該橋梁的箱梁部位將多根預(yù)應(yīng)力筋錨固定在同一個(gè)平斷面中，但通過這一斷面的所有預(yù)應(yīng)力筋與梁端固定所采用是單端張拉錨，由此就會(huì)造成大量預(yù)應(yīng)力的損失，進(jìn)而使斷面兩端的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生明顯的差異性變化。這一變化在長期作用下會(huì)促使一部分的拉應(yīng)力在齒板的外側(cè)產(chǎn)生。另一方面，由于橋身受到重載車使用的原因，會(huì)在重力的作用下產(chǎn)生超出混凝土最大抗大強(qiáng)度的拉應(yīng)力，使橋面混凝土出現(xiàn)裂痕情況。

而梁底橫縫的產(chǎn)生不僅僅是對端梁以及橋面造成影響，與梁底對應(yīng)的腹板部分也會(huì)產(chǎn)生斜裂的情況。腹板有一部分會(huì)由于梁內(nèi)單端張拉產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力束，出現(xiàn)大量的預(yù)應(yīng)力損失情況，再加上重載車輛的頻繁使用，拉應(yīng)力超出腹板承受范圍，出現(xiàn)斜裂現(xiàn)象。

除橫向裂縫外，在橋梁中還出現(xiàn)有縱向裂縫，出現(xiàn)這種情況主要是波紋管位置不正，橋體的混凝土保護(hù)層厚度不足，進(jìn)而在發(fā)生張拉作用時(shí)，管道出現(xiàn)壓漿現(xiàn)象引發(fā)混凝土裂縫。又或者是在混凝土順鋼筋方向進(jìn)行收縮作用時(shí)所產(chǎn)生的收縮裂縫。

3.2維修加固方案

（1）橋梁的體外預(yù)應(yīng)力加固。將錨固塊以及轉(zhuǎn)向塊增添至橋梁箱梁的內(nèi)部，且在橋梁的體外設(shè)置八束15～19的預(yù)應(yīng)力束，在箱梁的腹板灌縫后部進(jìn)行鋼板的粘貼工作，同時(shí)進(jìn)行其他相關(guān)問題的處理。這種方案能夠極大程度的控制主應(yīng)力，促進(jìn)部分承載能力的恢復(fù)，但是預(yù)應(yīng)力的傳遞效果以及抗剪效果較差[3]。

（2）加厚箱外的腹板，且安裝下彎束。將箱梁的腹板部位的外側(cè)加厚15cm，在加厚部位的內(nèi)側(cè)，需要在每一面都設(shè)置五束具有15～16預(yù)應(yīng)力的鋼絞線，同時(shí)進(jìn)行其他相關(guān)問題的處理。這種方法，通過加大腹板的抵抗截面，使箱梁的抗剪能力加強(qiáng)，并且降低主拉應(yīng)力，使預(yù)應(yīng)力得到有效的傳遞，加大程度上恢復(fù)了橋梁的承載能力及剛度。

（3）加厚箱內(nèi)腹板，且安裝下彎束。將箱梁的腹板部位的內(nèi)加厚15cm，在加厚部位的內(nèi)側(cè)，需要在每一面都設(shè)置五束具有15～ 16預(yù)應(yīng)力的鋼絞線，同時(shí)進(jìn)行其他相關(guān)問題的處理。這種方法，使用后的效果與第二種相同，能夠加大腹板的抵抗截面，提升箱梁的抗剪能力，但與方案2不同的是這種加固方法可以在箱內(nèi)進(jìn)行施工作業(yè)，所以施工安全及質(zhì)量更高[4]。

根據(jù)三種加固方案的比較，可以發(fā)現(xiàn)第三種方案最符合進(jìn)行該橋梁的加固維修工作，此方案不僅能夠改善該橋梁的整體受力結(jié)構(gòu)和剛度，還能夠加強(qiáng)橋梁箱梁的抗剪性降低主拉應(yīng)力，在滿足加固設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，能夠保證施工作業(yè)的安全開展，促使橋梁的維修加固工作能夠高質(zhì)量的完成。

運(yùn)用方案3所需要用到的加固材料有：C50自密實(shí)福塔纖維混凝土材料作為加厚腹板位置的用材，15～16低松弛鋼絞線以及塑料波紋管作為橋體內(nèi)預(yù)應(yīng)力用材，15～12體外預(yù)應(yīng)力束作為橋體外預(yù)應(yīng)力用材。300g/m2的Ⅰ級碳纖維布作為箱梁頂板用材。Q235C作為鋼板用材。HRB335以及R235作為鋼筋用材。

4　結(jié)束語

綜上所述，準(zhǔn)確的對橋梁的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，找出進(jìn)行維修加固的主要訴求點(diǎn)，比如變形、撓度、裂縫、耐久等方面，根據(jù)不同的需求施展與之對應(yīng)的加固措施，在本文中所提到的案例為典型的混凝土連續(xù)橋梁加固補(bǔ)強(qiáng)案例，其加固目的在于修整箱梁腹板的主拉應(yīng)力裂縫。筆者根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了相關(guān)的解決方案，以期為業(yè)內(nèi)人士提供參考作用，從而促進(jìn)橋梁建設(shè)系統(tǒng)的快速發(fā)展。

[1]熊洪波，周德.體外預(yù)應(yīng)力法在混凝土連續(xù)梁橋維修加固中的應(yīng)用[J].華東公路，2010，02（04）：18～20.

[2]邵華英，劉旋云，周德.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋維修加固技術(shù)的對比研究[J].中外公路，2010，03（16）：198～202.

[3]鮑衛(wèi)剛.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋維修與加固技術(shù)[J].公路，2013，01（17）：13～18.

[4]李邦映.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋病害分析及維修加固設(shè)計(jì)[J].工程與建設(shè)，2015，03（06）：334～336.

U445.7+2

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1673-0038（2015）40-0298-02

2015-9-15

張治凱（1970-），男，湖北石首人，副教授、高級工程師，碩士研究生，從事道路與橋梁工程教學(xué)和研究工作。