李虹勉

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074)

淺析預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋病害成因及加固方法

李虹勉

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074)

由于早期修建連續(xù)剛構(gòu)橋時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料理論不完善以及日益遞增的交通運(yùn)輸量、養(yǎng)護(hù)管理的局限性和近年來惡劣的自然條件，引發(fā)了部分橋梁的各種問題和結(jié)構(gòu)性病害，主要表現(xiàn)為“腹板開裂”、“底板開裂”、“頂板開裂”和“跨中下?lián)稀钡葐栴}，輕者影響結(jié)構(gòu)耐久性和美觀，嚴(yán)重者將限制橋梁的正常使用或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)喪失承載能力。本文主要簡單介紹該類橋型病害及原因以及加固方法。

連續(xù)剛構(gòu)；病害；加固

1.引言

國內(nèi)于上世紀(jì)70年代開始大跨徑混凝土連續(xù)梁（剛構(gòu)）橋的建設(shè)工作，因其具有結(jié)構(gòu)整體性能好、抗震能力強(qiáng)、抗扭潛力大、橋體簡潔明快、便于懸臂施工、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)迅速成為跨徑60m～300m范圍內(nèi)最具競爭力的橋型，被廣泛運(yùn)用于公路大型橋梁及市政高架橋梁[1-2]。而我國早期預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在建設(shè)時(shí)，由于受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)和材料理論、施工質(zhì)量或橋長期處于超限運(yùn)營狀態(tài)等原因，該類橋型普遍在投入服役時(shí)間不久就出現(xiàn)長期下?lián)霞伴_裂現(xiàn)象[3-6]。而合攏段澆筑時(shí)，相鄰節(jié)段混凝土收縮完成尚在40%下而強(qiáng)度在75%以上，兩側(cè)撓度不斷變化，溫差變化也使得合攏段的早齡期混凝土承受著反復(fù)的撓曲及拉壓，而合攏段是橋梁中承受活載彎矩較大的部位，容易形成早期裂縫。此外橋梁開通運(yùn)營以后，隨著外界溫度交替變化、雨雪侵蝕、凍融循環(huán)、酸雨腐蝕、正常交通累積、超載車輛通行以及橋梁本身的徐變和松弛，橋梁也會逐漸出現(xiàn)由于老化而加劇下?lián)稀㈤_裂、預(yù)應(yīng)力損失過大等病害。

2.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋病害原因

目前國內(nèi)外比較認(rèn)同的導(dǎo)致大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋長期下?lián)犀F(xiàn)象的主要因素可能為：（1）混凝土收縮徐變(包括箱梁斷面構(gòu)件不同厚度導(dǎo)致的收縮差異影響、交通荷載和溫度變化引起的反復(fù)荷載效應(yīng)、施工接縫的影響、環(huán)境溫度與濕度的變化等) 的影響程度及長期性估計(jì)不足；（2）對預(yù)應(yīng)力長期損失估計(jì)偏低；（3）混凝土的開裂；（4）施工方法(特別是合龍方式)導(dǎo)致的不利的成橋應(yīng)力狀態(tài)；（5）舊規(guī)范(JTJ023-85)計(jì)算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度未考慮荷載長期效應(yīng)影響。大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋箱梁開裂的主要原因歸結(jié)為（1）預(yù)應(yīng)力的損失，其中豎向預(yù)應(yīng)力對箱梁的主拉應(yīng)力起控制作用，且豎向預(yù)應(yīng)力很難達(dá)到計(jì)算值；（2）設(shè)計(jì)未考慮縱向預(yù)應(yīng)力的豎彎，縱向預(yù)應(yīng)力不能起到預(yù)剪力作用。保護(hù)層厚度偏薄和預(yù)應(yīng)力束曲率半徑過小是跨中混凝土崩裂的原因之一。預(yù)應(yīng)力損失過大，主梁抗裂性能不滿足要求，混凝土梁出現(xiàn)裂縫，而裂縫的出現(xiàn)會不斷增大預(yù)應(yīng)力的損失，導(dǎo)致跨中不斷下?lián)希铱缰邢聯(lián)蠈?dǎo)致主梁開裂，這樣形成撓度裂縫惡性循環(huán)過程，降低了箱梁的耐久性。這些對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生各種病害的影響因素有些不但具有較大隨機(jī)不確定性，而且還相互耦合。因此，對大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋舊、危橋的加固和維修已經(jīng)引起了全世界的關(guān)注。

3.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的加固方法

目前，橋梁加固技術(shù)主要分為三類[7-16]。一是增加恒載加固法，主要包括粘貼鋼板或碳纖維板法、增大截面法等。增大截面加固法即采用鋼筋混凝土或鋼筋網(wǎng)砂漿層，來增大原混凝土截面面積，使新舊混凝土共同工作，達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力地目的。本方法使用于鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件、鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的加固，以提高受彎構(gòu)件的抗彎承載力、抗剪承載力和剛度。粘貼鋼板加固方法即用粘結(jié)劑粘貼鋼板補(bǔ)強(qiáng)、加固的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，能大大提高其原設(shè)計(jì)承載力和抗破壞能力。這是因?yàn)檎迟N鋼板后，提高了原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋量，相應(yīng)就提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉、抗彎、抗剪等方面的力學(xué)性能，而這些性能是靠結(jié)構(gòu)膠粘劑的良好粘結(jié)性能，把鋼板與混凝土牢固地粘結(jié)在一起，形成整體，有效地傳遞應(yīng)力，共同工作來保證的。本方法使用于鋼筋混凝土受彎、受壓和受拉構(gòu)件的加固。粘貼碳纖維復(fù)合材料即對受拉區(qū)采取粘貼具有高抗拉性能的碳纖維布的方式以抵抗受拉區(qū)的拉力，從而彌補(bǔ)抗拉性能差的不足。本方法使用于鋼筋混凝土受壓柱，以提高延性、耐久性的加固;亦可用于梁、板的加固。此類方法在提高承載力的同時(shí)增加了結(jié)構(gòu)的恒載，多為被動加固法，加固效率較低。二是基本維持恒載加固法，如改變結(jié)構(gòu)體系加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法。體外預(yù)應(yīng)力加固法即體外預(yù)應(yīng)力束通過轉(zhuǎn)向板轉(zhuǎn)向以確定鋼束走向形成析架體系而成為超靜定結(jié)構(gòu)，以抵消部分恒載應(yīng)力，起到卸載作用，降低原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，改變原結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布，減少箱梁的跨中彎矩，提高箱梁的正截面抗彎強(qiáng)度、剛度和抗裂性，從而達(dá)到較大幅度的提高橋梁的承載能力，且可減少結(jié)構(gòu)的變形，使其裂縫縮小甚至完全閉合。此類加固方法為主動加固方法，理論上加固效果較好，但耐久性、可靠性有待提升。三是減輕恒載加固法，主要包括減輕橋面鋪裝，更換輕質(zhì)護(hù)欄等，為主動加固法，但由于多為減輕附屬結(jié)構(gòu)的重量，加固效果有限。

由以上預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋病害及其成因分析可知，大跨徑連續(xù)剛構(gòu)出現(xiàn)病害以后結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜，體外預(yù)應(yīng)力的施加對連續(xù)剛構(gòu)局部影響較大，但不能盲目加太多。因此，一般綜合上述加固方法，即加設(shè)體外預(yù)應(yīng)力束又采取粘貼鋼板或碳纖維板，加強(qiáng)加固效果。

4.結(jié)論與展望

綜上所述，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的病害影響因素眾多，涉及設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營情況、材料等階段，并且其中一些影響因素相互耦合造成橋梁受力復(fù)雜，一些因素尚未研究清楚，目前也還沒有能主動加固減輕恒載且永久性的解決跨中下?lián)?、梁段開裂等病害的方法，要解決剛構(gòu)橋下?lián)?、開裂等問題還需要大量的理論與技術(shù)研究。

References)

[1]范立礎(chǔ).橋梁上程(上冊)[M].北京:人民交通出版社，2012.

[2]劉敏.連續(xù)薄壁箱形構(gòu)件受力偏差分析[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007 (7):57-60.

[3]向中富，黃海東，許宏元.大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋加固技術(shù)研究與實(shí)踐[C]第十八屆全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集(下冊).北京:人民交通出版社，2008:1512-1517.

[4]樓莊鴻.大跨徑梁式橋的缺陷[J].預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2004(2):35-36.

[5]謝峻,王國亮,鄭曉華.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋長期下?lián)蠁栴}的研究現(xiàn)狀[J]公路交通科技，200724(1):47-50.

[6]孫劍川.大跨連續(xù)剛構(gòu)橋預(yù)應(yīng)力損失對后期下?lián)嫌绊懛治鯷J]四川建筑，2011,31(2):126-128.

[7]韓繼云，等，建筑物檢測鑒定加固改造技術(shù)與工程實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008

[8]堪潤水胡釗芳帥長斌.公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例[M].北京:人民交通出版社，2007

[9]李宏江，李萬恒，程壽山等.體外預(yù)應(yīng)力在某連續(xù)剛構(gòu)橋加固中的應(yīng)用及其效果分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004，(12):48-51

[10]Tatsuo Ogata and Koji Osada. Seismic retrofitting of expressway bridges in Japan. Cement and Concrete Composites，2000，22，22(l):17-27

[11]柳炳康，吳勝興，周安.工程結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造[M]，北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008

[12]林文修，等.混凝土結(jié)構(gòu)加固方法與實(shí)施要點(diǎn)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007

[13]趙林，馬茂軍，趙擁軍.析架拱舊橋加寬改造方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)計(jì)算[J]公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2006，(01):35-27

[14]Yao M, Zhang S. Fuzzy Consistent Matrix and Its Application. Jounal of systems Engineering and Electronics，1997，81，8(l):57-64

[15]詹建輝，陳卉.特大跨度連續(xù)剛構(gòu)主梁下?lián)霞跋淞毫芽p成因分析[J].中外公路，2005，(01):56-59

[16]張勁泉，王文濤.橋梁檢測與加固手冊[M]，北京:人民交通出版社，2007

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