■ 靳曉艷

(阿勒泰公路管理局阿勒泰分局， 阿勒泰 654301)

據(jù)統(tǒng)計(jì)， 截至2019 年， 我國在役公路橋梁80.53 萬座，在目前世界上已建成的主跨跨徑位于前10 座斜拉橋、懸索橋、拱橋和梁式橋中，我國分別占有7 座、6 座、6 座和5 座；高鐵橋梁累積長度超過1 萬km，超過線路總長的50%。事實(shí)上，隨著大量橋梁投入運(yùn)營，運(yùn)輸總量明顯上升，重載車輛比重也在激增，導(dǎo)致舊橋病害復(fù)雜化、服役能力下降、安全隱患增多，而因監(jiān)測加固不及時(shí)、交通管制不到位等引起橋梁垮塌的事故逐年攀升，因此，采取有效的維修加固措施，恢復(fù)橋梁承載能力、消除安全隱患、改善運(yùn)營服務(wù)能力具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國內(nèi)外橋梁檢測、 加固設(shè)計(jì)和維修施工技術(shù)已較為成熟，并已實(shí)現(xiàn)研究成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用，文獻(xiàn)[1]采用端部植筋和混凝土填充方法加固混凝土空心板梁橋， 研究結(jié)果表明該方法可有效提升空心板梁橋的承載能力， 維持板梁結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定。 文獻(xiàn)[2]采用梁底張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固設(shè)計(jì)方法， 解決了早期裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁構(gòu)造尺寸普遍偏小、 易出現(xiàn)腹板及底板結(jié)構(gòu)性裂縫等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度問題。文獻(xiàn)[3]引入了典型車輛運(yùn)動方程和多梁式車-橋耦合關(guān)系，構(gòu)建了梁格法車-橋耦合振動系統(tǒng)，研究表明采用增大截面法加固剛架拱橋可行。

基于現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)和檢測結(jié)論的基礎(chǔ)上， 對全橋上下部結(jié)構(gòu)及支座主要病害進(jìn)行分類， 通過結(jié)構(gòu)受力檢算， 提出一系列與之相對應(yīng)的維修加固設(shè)計(jì)綜合方案，為類似橋梁加固設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

1 項(xiàng)目概況

某橋梁全長155.8 m，上部結(jié)構(gòu)為5×30 m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，主梁為C40 混凝土，橋面寬度12 m，瀝青混凝土鋪裝層厚6 cm。 結(jié)構(gòu)斷面由4 片梁及3 道鉸縫組成，箱梁高140 cm，梁間距300 cm，底板寬100 cm，中梁頂板寬210 cm，邊梁頂板寬255 cm； 跨中截面位置處箱梁頂板厚14 cm，底板厚14 cm，腹板厚14 cm；梁端截面處箱梁頂板厚14 cm，底板厚24 cm，腹板厚24 cm。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩臺。 1# 臺、6# 臺為滑板支座，其余均為橡膠支座。 預(yù)應(yīng)力鋼絲采用符合YB255-64 標(biāo)準(zhǔn)的冷拔碳素鋼絲。 自建成后尚未進(jìn)行加固維修。

2 橋梁病害及檢測結(jié)果

2.1 主要病害

(1)上部結(jié)構(gòu)

①全橋箱梁底板和腹板共出現(xiàn)4 條斜向裂縫，長度0.5～1.1 m， 寬度0.14～0.41 mm， 最大0.41 mm。②底板和腹板出現(xiàn)縱向裂縫8 條， 部分伴有晶體滲水。 長度2～30 m， 寬度0.10～0.16 mm， 最大0.16 mm。③底板出現(xiàn)橫向裂縫12 條，部分伴有晶體滲水。 長度1～1.5 m，寬度0.24～0.25 mm，最大0.25 mm。 ④全橋箱梁混凝土破損6 處，破損面積0.1～1.6 m2，全橋露筋8 處。 典型病害如圖1～2 所示。

(2)下部結(jié)構(gòu)

全橋蓋梁共4 條豎向裂縫。 最大裂縫寬度0.3 mm。 典型病害如圖3 所示。

(3)支座全橋范圍內(nèi)共2 塊支座存在老化開裂現(xiàn)象。 典型病害如圖4 所示。

2.2 檢測結(jié)果評定

依據(jù)評定標(biāo)準(zhǔn)[4]對運(yùn)營階段公路橋梁技術(shù)狀況進(jìn)行評定，評定分值見表1。

經(jīng)評分計(jì)算，該橋上部結(jié)構(gòu)分值為76.25，技術(shù)狀況為3 類；下部結(jié)構(gòu)分值為79.85，技術(shù)狀況為3類；橋面系分值為86.99，技術(shù)狀況為2 類；總體分值為79.83， 因此該橋橋梁總體技術(shù)狀況評定等級為3 類。

圖1 主梁腹板斜向裂縫

圖2 梁底橫向裂縫

圖3 橋墩蓋梁豎向裂縫

圖4 支座老化、開裂

表1 橋梁技術(shù)狀況評定

3 結(jié)構(gòu)受力檢算與加固設(shè)計(jì)方案

3.1 維修加固前結(jié)構(gòu)檢算

3.1.1 原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算

主要包括主梁控制截面承載能力計(jì)算和原設(shè)計(jì)荷載檢算分析兩部分，主梁縱向結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算采用橋梁綜合程序MIDAS 進(jìn)行建模分析， 按B 類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。 材料參數(shù)取值見表2。

(1)荷載組合

本文采用原設(shè)計(jì)荷載，恒載：一期恒載包括預(yù)制梁材料重量及二期恒載包括防撞護(hù)欄和橋面鋪裝；活載：汽-20，掛-100。 由此荷載組合為：組合一：1.2×恒載+1.4×汽-20；組合二：1.2×恒載+1.1×掛-100。

(2)計(jì)算結(jié)果

①承載能力極限狀態(tài)主梁控制截面抗彎驗(yàn)算

根據(jù)有限元模型計(jì)算得到不同荷載組合下主梁內(nèi)力值，全橋彎矩圖如圖5～6 所示；表3 為承載能力極限狀態(tài)主梁抗彎驗(yàn)算結(jié)果。②承載能力極限狀態(tài)主梁控制截面抗剪驗(yàn)算根據(jù)有限元模型計(jì)算得出不同荷載組合下的主梁內(nèi)力值，全橋剪力圖如圖7～8 所示；表4 為承載能力極限狀態(tài)主梁抗剪驗(yàn)算結(jié)果。

表2 材料設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖5 組合一彎矩圖

圖6 組合二彎矩圖

表3 承載能力極限狀態(tài)主梁抗彎驗(yàn)算

圖7 組合一剪力圖

表4 承載能力極限狀態(tài)主梁抗剪驗(yàn)算

根據(jù)以上驗(yàn)算結(jié)果，原橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。

3.1.2 舊橋檢算

根據(jù)檢測報(bào)告該橋總體技術(shù)狀況評定等級為3類。 引入承載能力折減系數(shù)(含承載能力檢算系數(shù)Z1和承載能力惡化系數(shù)ξe)，用以評估結(jié)構(gòu)實(shí)際承載力相對設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)承載力的衰減幅度。 根據(jù)規(guī)范[5]，配筋混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)的檢算結(jié)果，按下式進(jìn)行計(jì)算評定。

表5 折減系數(shù)一覽表

(1)承載能力極限狀態(tài)主梁控制截面抗彎檢算

表6 承載能力極限狀態(tài)主梁抗彎檢算

(2)承載能力極限狀態(tài)主梁控制截面抗剪檢算

根據(jù)規(guī)范[5]，對舊橋進(jìn)行折減，檢算結(jié)果顯示不滿足要求，部分梁體因梁底橫向裂縫而表現(xiàn)出主梁抗彎承載能力不足，支點(diǎn)附近截面局部抗剪承載能力出現(xiàn)不足，需加固處理。

表7 承載能力極限狀態(tài)主梁抗剪檢算

3.2 維修加固設(shè)計(jì)方案

(1)若主梁抗彎承載能力不足時(shí)，采用封縫+底板縱向粘貼鋼板法。

預(yù)制箱梁底板縱向裂縫可能是由于養(yǎng)生期間內(nèi)外溫差過大引起底板出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，加上縱向預(yù)應(yīng)力泊松效應(yīng)容易引起底板產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生縱向裂縫。 此外，部分梁體因材料性能退化導(dǎo)致截面抗力降低，在不斷增長的重載交通長期作用下，腹板也會出現(xiàn)斜向裂縫、豎向裂縫，跨中底部出現(xiàn)橫向裂縫。

對經(jīng)檢算承載能力不足的箱梁，底板裂縫封閉后粘貼鋼板，恢復(fù)橋梁主受力結(jié)構(gòu)承載能力，加固設(shè)計(jì)如圖9 所示。

(2)若主梁抗剪承載能力不足時(shí)，采用封縫+腹板斜向粘貼鋼板法。

圖9 主梁底板及腹板封縫+粘貼鋼板加固

當(dāng)腹板近支點(diǎn)附近截面主拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會產(chǎn)生斜向裂縫。 具體措施是對主梁近支點(diǎn)附近出現(xiàn)的斜向裂縫進(jìn)行封閉，并粘貼斜向鋼板，協(xié)助混凝土承擔(dān)主拉應(yīng)力，提高抗剪承載能力。

(3)封閉蓋梁負(fù)彎矩處裂縫，對存在超過規(guī)范寬度限制裂縫的蓋梁， 在負(fù)彎矩區(qū)粘貼鋼板加固，如圖10 所示。 蓋梁墩頂對應(yīng)位置豎向裂縫為負(fù)彎矩區(qū)主拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度所致。

(4)一般裂縫處理：當(dāng)縫寬小于0.15 mm 時(shí)，僅進(jìn)行表面封閉即可；當(dāng)縫寬大于0.15 mm 時(shí)，其對結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋銹蝕影響較大，應(yīng)先開設(shè)V 槽，再封閉V 槽并進(jìn)行壓力灌漿處理。 對于銹脹裂縫，先鑿除松動開裂的混凝土，對鋼筋表面除銹，再用高性能復(fù)合水泥砂漿修補(bǔ)。

3.3 維修加固后的計(jì)算

選用Q345 鋼板對主梁進(jìn)行加固， 提高抗彎承載能力。 加固后承載能力按現(xiàn)行規(guī)范[6]規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，借助有限元模型，考慮活載影響修正系數(shù)，分別計(jì)算組合一和組合二下主梁內(nèi)力，以驗(yàn)算主梁加固效果。 其截面加固計(jì)算結(jié)果如表8 所示。

圖10 蓋梁粘貼鋼板加固

表8 加固后承載能力計(jì)算

從表8 可以看出，主梁加固后承載能力滿足規(guī)范要求，且有一定的安全儲備。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)檢測報(bào)告該橋梁總體技術(shù)狀況評定等級為3 類，借助有限元模型，對維修加固前原設(shè)計(jì)和舊橋結(jié)構(gòu)受力檢算， 發(fā)現(xiàn)舊橋個(gè)別主梁抗彎承載能力不足，支點(diǎn)附近局部抗剪承載能力不滿足要求，結(jié)構(gòu)使用性能退化嚴(yán)重，存在較大運(yùn)營安全隱患。

(2) 系統(tǒng)地提出了全橋主要受力結(jié)構(gòu)維修加固設(shè)計(jì)方案：主梁承載能力不足時(shí)，采用底板封縫+粘貼縱向鋼板加固處理；主梁抗剪不足時(shí)，采用腹板封縫+粘貼斜向鋼板加固處理； 蓋梁負(fù)彎矩處裂縫寬度超過限值時(shí)， 采用蓋梁側(cè)面及頂面封縫+粘貼鋼板加固處理。

(3)承載能力極限狀態(tài)下，加固改造處理后的主梁抗彎承載能力滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，且安全儲備均達(dá)到1.30 以上。