賀香寶

（江西有色建設(shè)集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330038）

1 橋梁加固的現(xiàn)實意義

雖然公路橋梁因其造價昂貴、作用突出、社會影響大而備受社會各界和工程界重視，人們千方百計確保其工程質(zhì)量，但其在建設(shè)過程中仍然會因條件、工藝、技術(shù)等因素而或多或少存在不同程度、不同類型的缺陷，并隨著各種不同荷載的反復(fù)作用，特別是超限荷載的沖擊，造成這些缺陷不斷放大或者產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)性病害，繼而橋梁成為無法滿足使用性能要求的“危橋”。隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，在役橋梁數(shù)量成倍增加、橋梁跨徑紀(jì)錄不斷刷新。然而，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷增長，通行于各等級公路橋梁上的交通量與重載交通也驟增；因此，如何保障橋梁運營安全、提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性也慚慚成為橋梁界一個十分突出的問題。據(jù)調(diào)查，截止到2007年底，我國已建成各類公路橋梁近36萬座，其中有近1.5萬座進(jìn)入“老齡”階段，隨著時間的推移，進(jìn)入“老齡”階段的橋梁會越來越多，一些橋梁早已出現(xiàn)各種“病害”，卻常年帶“病”運營，潛在著巨大的安全隱患[1]。

2 體外預(yù)應(yīng)力加固原理

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是相對體內(nèi)預(yù)應(yīng)力技術(shù)而言，是在構(gòu)件體外通過錨固體系、轉(zhuǎn)向裝置及預(yù)應(yīng)力筋等構(gòu)造措施對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)相對其他如“增大截面法”、“粘貼鋼板法”、“粘貼碳纖維布（板）”等加固方而言是屬于一種主動加固橋梁方法。其加固基本原理是：使被加固的結(jié)構(gòu)成為一個帶柔性拉桿的內(nèi)部超靜定結(jié)構(gòu)，通過對體外柔性拉桿施加預(yù)應(yīng)力，改變原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，調(diào)整原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能、改善結(jié)構(gòu)抗裂和耐久性的目的[2]。

通過對水平預(yù)應(yīng)力筋張拉，由聯(lián)結(jié)桿傳遞給錨固體系對梁體正截面預(yù)加壓應(yīng)力，從而抵消荷載作用下構(gòu)件的拉應(yīng)力而調(diào)整構(gòu)件下緣應(yīng)力狀態(tài)提高件承受荷載能力；由于水平預(yù)應(yīng)力筋的張拉通過轉(zhuǎn)向體系對被加固構(gòu)件預(yù)加一個反向負(fù)彎矩，消抵各種荷載作用下在構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生的正彎矩，從而提高構(gòu)件正截面抗彎拉能力，反向彎矩的大小取決于一是預(yù)加力的大小，二是轉(zhuǎn)向偏心的高度。

3 體外預(yù)應(yīng)力加固工程實例

（1）工程概述。進(jìn)港大道蕉門橋座落于廣州市南沙開發(fā)區(qū)進(jìn)港大道蕉門牌坊段，舊橋布置形式為11×16米鋼筋混凝土簡支T梁，單幅每跨由5片T梁組成，橋梁建造于90年代，原設(shè)計荷載等級為汽-20級。T梁翼板寬1.6m，翼緣厚8cm，肋板寬18cm，梁高1.1m，橫隔板厚15cm，間距3.58m。

（2）橋梁病害現(xiàn)狀。因橋梁經(jīng)過多年使用，且因橋梁位于南沙開發(fā)區(qū)的交通主干道上，舊橋的設(shè)計已經(jīng)不能滿足日益增長的交通量的需求。經(jīng)檢測橋梁上部構(gòu)造混凝土平均強(qiáng)度為37.7Mpa，主橋下緣中部多處出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性裂縫，最大裂縫寬度達(dá)到0.4mm，超過規(guī)范容許值的100%。該橋測試跨在基本試驗荷載下，部分指標(biāo)不滿足《試驗方法》和《橋規(guī)》的要求，實測值與理論值相差較大，表明結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)較差。

4 上部構(gòu)造結(jié)構(gòu)核算

原結(jié)構(gòu)T梁核算按照原設(shè)計荷載等級（汽-20）和原《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵規(guī)范》（JTJ023-85）要進(jìn)行，采用midas/civil橋梁軟件建立桿系模型。

（1）結(jié)構(gòu)模型。①采用梁單元模擬，每片T梁建立23個節(jié)點，22個梁單元。②簡支梁一端采用固定鉸支梁，另一端采用活動鉸支座模擬。

（2）荷載。①結(jié)構(gòu)重力：混凝土重度按25kN/m3計，程序自動計入。②二期恒載：按橋面實際鋪裝厚度計算。③活載：雙向雙車道，跨中橫向分布系數(shù)按照剛接板法計算，取邊梁復(fù)核，計算橫向分布系數(shù)為0.583。④主要材料指標(biāo)：混凝土強(qiáng)度C35，鋼筋按HRB335計算。⑤荷載組合按極限承載能力復(fù)核，即1.2CD+1.4MV組合。

（3）復(fù)核分析結(jié)果。如圖1，2所示。

（4）原簡支單梁跨中承載能力復(fù)核。根據(jù)原橋梁竣工圖紙資料，簡支T梁正截面承載能力抗彎矩計算結(jié)果為1305.94KN.m，經(jīng)程序分析計算T梁在使用極限能力組合作用下跨中彎矩為1254.44KN.m。安全系數(shù)僅為1.042，安全儲備不足，需對原橋梁進(jìn)行提高承載力加固。

圖1 體外預(yù)應(yīng)力承載參數(shù)

圖2 承載能力復(fù)核數(shù)據(jù)

5 加固實施

（1）體外預(yù)應(yīng)力實施方案。本橋簡支T梁體外預(yù)應(yīng)力筋采用在梁縱橋向下緣外側(cè)各安裝一根steelbar930精軋螺紋鋼，預(yù)應(yīng)力筋通過聯(lián)結(jié)桿與錨固體系聯(lián)結(jié)，錨固體系設(shè)計為在梁外側(cè)植筋粘貼鋼板，轉(zhuǎn)向裝置直接利用T梁橫隔板并墊以四氟橡膠板實現(xiàn)。如下圖：

圖3 T梁體外預(yù)方應(yīng)力體系圖

（2）錨固鋼板、聯(lián)結(jié)桿均采用Q345C鋼板制作，錨固鋼板采用植入高強(qiáng)螺桿與梁體聯(lián)結(jié)，梁體與鋼板間注粘鋼膠。轉(zhuǎn)向裝置利用T梁橫隔板，在轉(zhuǎn)向裝置構(gòu)件與橫隔板間安裝3cm厚的四氟滑塊實現(xiàn)水平滑移。

（3）預(yù)應(yīng)力筋采用兩端張拉，考慮原有梁體混凝土強(qiáng)度偏低，控制應(yīng)力為60%的預(yù)應(yīng)力筋極根抗拉應(yīng)力，即558Mpa。

6 體外預(yù)應(yīng)力加固后計算復(fù)核

（1）體外預(yù)應(yīng)力模型。加固完成后采用midas/civil建立桿系模型，設(shè)計荷載等級（汽-20），梁體單元增加2根體外預(yù)應(yīng)力鋼筋。模型如下圖：

圖4 體外預(yù)應(yīng)力模型

（2）計算條件。與原構(gòu)件計算條件一致，另增加體外預(yù)應(yīng)力單元，荷載組合同樣按承載能力極限作用效應(yīng)，即1.2CD+1.2CT+1.4MV組合。

（3）分析結(jié)果。

圖5 預(yù)應(yīng)力加固后梁體位移

圖6 預(yù)應(yīng)力加工后梁體彎矩包絡(luò)

圖7 預(yù)應(yīng)力工況梁體彎矩

7 加固前后結(jié)果對比

（1）承載能力對比分析。從加固前后模型分析結(jié)果表明在極限承載能力組合作用效應(yīng)下，梁體跨中彎矩由加固前的1254.4KN.m降低到加固后（施加體外預(yù)應(yīng)力后）的812.2KN.m。梁體承載能力提高35.3%，安全系數(shù)由加固前的1.04提高到1.61。

（2）剛度對比分析。加固前荷載組合效應(yīng)下跨中撓度為24mm，加固后跨中撓度為14mm，跨中撓度減少率為41.7%，結(jié)果表明在體外預(yù)應(yīng)力加固后橋梁整體剛度大幅度提高。

（3）體外預(yù)應(yīng)力的作用效應(yīng)。由加固后在預(yù)應(yīng)力工況作用效應(yīng)下的彎矩包絡(luò)圖表明，在預(yù)應(yīng)力荷載作用下，在梁中段產(chǎn)生向上的負(fù)彎矩，同時梁體向上拱起，正是由于負(fù)彎矩的產(chǎn)生抵消部分極限承載能力組合荷載作用下產(chǎn)生的梁中正彎矩，從而提高梁體承載能力，達(dá)到梁體加固目的。

8 結(jié)論與總結(jié)

（1）結(jié)論。橋梁加固完成后通過對橋梁靜載、動載試驗檢測，檢測結(jié)果表明：加固后的16m簡支T型簡支梁橋的各試驗控制斷面的主要力學(xué)測試指標(biāo)（撓度、應(yīng)變和裂縫）滿足《大橋試驗方法》的要求，動載試驗結(jié)果表明試驗橋跨的動力剛度滿足設(shè)計要求。

（2）體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁總結(jié)。從理論分析與荷載試驗檢測結(jié)果表明，體外預(yù)應(yīng)力法加固橋梁因改變橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系，引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力重分布從而有效的提高梁體承載能力，作為一種主動加固方法，預(yù)應(yīng)力筋與被加固梁體共同協(xié)調(diào)變形，提高梁體剛度。體外預(yù)應(yīng)力加固方法，簡單易實施，加固成本較低，同時可實現(xiàn)不封閉交通狀態(tài)下實施，隨著橋梁加固數(shù)量的增多，體外預(yù)應(yīng)力是一種可靠的提高承載力的加固方法。