邱 云

（佛山市公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站有限公司，廣東 佛山 528041）

0 引言

文獻(xiàn)表明，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁新建[1]和橋梁加固[2]中均有較廣泛應(yīng)用，尤其是由于早期設(shè)計(jì)計(jì)算模式考慮不全、預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)混凝土的養(yǎng)護(hù)齡期較短與施工質(zhì)量控制不嚴(yán)等因素導(dǎo)致較多的大跨徑連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)了較嚴(yán)重的主梁裂縫和中跨跨中較大下?lián)系牟『?，為了增加中跨跨中截面的壓?yīng)力儲(chǔ)備和解決中跨跨中的長期趨勢(shì)下?lián)?，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在加固工程中應(yīng)用廣泛。已有的文獻(xiàn)主要側(cè)重于病害成因分析和加固措施的研究[3]，該文在已有研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程，從施工監(jiān)控和荷載試驗(yàn)2個(gè)方面對(duì)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在連續(xù)剛構(gòu)橋加固中的效果評(píng)價(jià)進(jìn)行研究，為后續(xù)工程和研究提供參考。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

該文結(jié)合的實(shí)際工程是跨徑組合為83 m+150 m+83 m的連續(xù)剛構(gòu)橋，該橋平面位于直線上，基本成南北走向，上下行分幅設(shè)置，左右幅結(jié)構(gòu)形式相同，縱斷面示意圖如圖1所示。

圖1 83 m+150 m+83 m連續(xù)剛構(gòu)橋縱斷面示意圖（單位：cm）

該橋主梁橫斷面為單箱雙室，箱梁節(jié)段順橋向沿主跨跨中對(duì)稱布置，單懸臂設(shè)有18個(gè)懸澆節(jié)段，節(jié)段長度有3m、3.5m、4m和5m，采用掛籃懸臂澆筑施工。主梁采用C50混凝土，為三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)。箱梁中心線與支座中心連線成90 °正交，箱梁頂面設(shè)2%橫坡，箱底水平。箱梁梁高、底板厚度均按1.8次拋物線變化，箱梁橫斷面尺寸示意圖如圖2所示。

圖2 83 m+150 m+83 m連續(xù)剛構(gòu)橋主梁橫斷面尺寸示意圖（單位：cm）

1.2 橋梁病害情況

該橋通車運(yùn)營8年后，發(fā)現(xiàn)左右幅箱梁均集中在中跨跨中附近40m范圍內(nèi)的較多腹板主拉應(yīng)力斜裂縫，頂?shù)装逡泊嬖诳p寬較小的縱向裂縫，同時(shí)中跨跨中與成橋時(shí)相比，左幅下?lián)?5mm，右幅下?lián)?1mm，且左幅與右幅的中跨線形已不平順。

2 病害成因分析與加固措施

2.1 主要病害成因分析

2.1.1 主橋箱梁腹板斜向裂縫

腹板斜向裂縫主要分布于中跨的14 #～19#梁段，結(jié)合裂縫形態(tài)，主要原因是主拉應(yīng)力超限，其成因分析見表1[4-7]。

表1 箱梁腹板主拉應(yīng)力裂縫影響因素分析

2.1.2 主跨跨中下?lián)?/p>

經(jīng)分析，該橋主跨跨中下?lián)系脑蛑饕幸韵?點(diǎn)：1）該橋建設(shè)時(shí)未針對(duì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的徐變變形問題進(jìn)行專項(xiàng)解決。2）縱向預(yù)應(yīng)力損失[8]，在仿真計(jì)算模型中，縱向預(yù)應(yīng)力損失20%，可使跨中下?lián)?9.1mm。3）箱梁存在裂縫[9]，主梁剛度降低，一定程度上使主梁產(chǎn)生下?lián)稀?）該橋通車運(yùn)營后，重型、超重型車輛較多，部分活載實(shí)際上變成了“恒載”，導(dǎo)致下?lián)显龃蟆?）該橋在建設(shè)過程中，為縮短工期，混凝土齡期滿5 d就進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力束的張拉，相比規(guī)范規(guī)定的混凝土齡期滿7 d張拉，預(yù)應(yīng)力損失有一定程度的增加，而且徐變撓度也有一定程度的增大。

2.1.3 跨中下?lián)吓c結(jié)構(gòu)內(nèi)力、應(yīng)力的關(guān)聯(lián)性分析

考慮到該橋目前已經(jīng)存在較為嚴(yán)重下?lián)?，必然?huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和截面應(yīng)力造成一定影響，為了確定橋梁下?lián)蠈?duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和應(yīng)力的影響程度，主要對(duì)預(yù)應(yīng)力和徐變這2個(gè)主要影響因素進(jìn)行作用工況組合，采用有限元建模仿真分析，具體的分析結(jié)論見表2。

表2 跨中下?lián)现饕绊懸蛩刈饔孟驴缰邢戮墤?yīng)力儲(chǔ)備下降率分析

由表2可知，在跨中下?lián)现饕绊懸蛩氐淖饔孟?，隨著影響作用的增加，跨中下?lián)显龃?，中跨跨中截面下緣壓?yīng)力儲(chǔ)備也逐漸下降，單獨(dú)的縱向預(yù)應(yīng)力損失20%時(shí)，導(dǎo)致的中跨跨中截面下緣壓應(yīng)力儲(chǔ)備下降達(dá)到53%。

2.2 加固措施

為調(diào)整主梁應(yīng)力分布，改善結(jié)構(gòu)受力和主梁線形，提高結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備，該橋采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行了進(jìn)行加固，體外預(yù)應(yīng)力束在中跨跨中的橫斷面布置示意如圖3所示，體外預(yù)應(yīng)力的錨下張拉控制應(yīng)力為0.6 fpk，其他相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表3。同時(shí)還在中跨跨中50m范圍內(nèi)，在腹板內(nèi)側(cè)黏貼鋼板進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)；對(duì)全橋的裂縫進(jìn)行封閉；對(duì)混凝土破損露筋等常規(guī)病害進(jìn)行修補(bǔ)。

表3 體外預(yù)應(yīng)力相關(guān)技術(shù)參數(shù)

圖3 體外預(yù)應(yīng)力束在中跨跨中的橫斷面布置示意圖

3 施工監(jiān)控分析

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在連續(xù)剛構(gòu)橋加固中應(yīng)用時(shí)，施工監(jiān)控的重點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)體外預(yù)應(yīng)力加固過程中所引發(fā)的結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力變化等力學(xué)指標(biāo)，并與仿真計(jì)算結(jié)果相比較，嚴(yán)格控制其偏差，如偏差過大，應(yīng)分析原因并采取相應(yīng)措施。

3.1 仿真分析計(jì)算

應(yīng)用商業(yè)通用軟件MIDAS/Civil進(jìn)行仿真計(jì)算，過渡墩支座采用豎向支撐模擬邊界，主墩墩底采用固結(jié)，計(jì)算中不考慮承臺(tái)及以下的樁-土作用。

施工階段的模擬主要是體外預(yù)應(yīng)力張拉過程的模擬，鋼束相關(guān)特性值見表4。

表4 鋼束相關(guān)特性值

3.2 撓度監(jiān)控分析

在中跨的墩頂中心，L/4、L/2和L3/4（L為中跨跨徑）斷面的防撞墻根部布置撓度監(jiān)測(cè)點(diǎn)。全部體外預(yù)應(yīng)力束張拉完成后，中跨各監(jiān)測(cè)斷面撓度變化對(duì)比見圖4。

由圖4可知，左幅和右幅跨中實(shí)測(cè)豎向上撓分別為14.52mm和15.09mm，分別比理論值高1.52mm和2.09mm，總體上豎向上撓實(shí)測(cè)值與理論值比較接近，實(shí)測(cè)值比理論值大11%～16%，各監(jiān)測(cè)斷面的實(shí)測(cè)值與理論值也基本一致，主梁線形得到了適當(dāng)改善。

圖4 中跨各監(jiān)測(cè)斷面撓度變化實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比

3.3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析

各體外預(yù)應(yīng)力束全部張拉到位后，右幅各監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)正應(yīng)力增量實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比見圖5，其中上測(cè)點(diǎn)布置在左、中、右腹板距離頂板梗腋偏下20cm，下測(cè)點(diǎn)布置在左、中、右腹板距離底板梗腋偏上60cm。

由圖5可知，右幅應(yīng)力增量實(shí)測(cè)值比理論值，上測(cè)點(diǎn)大0.03MPa～0.19MPa，下測(cè)點(diǎn)大0～0.27MPa。根據(jù)實(shí)測(cè)值推算，右幅截面上緣壓應(yīng)力增量為0.190MPa，下緣壓應(yīng)力增量為3.54MPa，箱梁應(yīng)力分布得到了改善。左幅各監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)正應(yīng)力增量數(shù)據(jù)與右幅非常接近。

圖5 右幅各監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)正應(yīng)力增量對(duì)比

3.4 梁端縱向位移監(jiān)控分析

在主橋兩端的伸縮縫處安裝了百分表，測(cè)量體外索張拉過程中標(biāo)距變化，各對(duì)體外索張拉到設(shè)計(jì)噸位后標(biāo)距變化值均在0.31mm以內(nèi)，各標(biāo)距變化累計(jì)2.02mm。監(jiān)測(cè)結(jié)果分析表明在體外索張拉過程中，墩頂縱向水平位移較小，小于理論計(jì)算值2.36mm，橋墩處于安全受力狀態(tài)。

4 荷載試驗(yàn)評(píng)價(jià)

該橋在加固前和加固后，采用一致的測(cè)點(diǎn)和試驗(yàn)荷載效率，進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 加固前和加固后試驗(yàn)對(duì)比表

由表5可知，加固前和加固后，該橋都處于彈性工作狀態(tài)，但施加體外預(yù)應(yīng)力后，結(jié)構(gòu)剛度變大，在相同荷載作用下，跨中撓度變??；同時(shí)由于在測(cè)試截面也有黏貼鋼板進(jìn)行加固，截面剛度變大，加固后的實(shí)測(cè)應(yīng)變也略有變小。

5 結(jié)論

基于病害成因分析，對(duì)某連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固，為評(píng)價(jià)加固效果，在加固過程中進(jìn)行了施工監(jiān)控，加固前后進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，結(jié)論如下。1） 施工監(jiān)控結(jié)果表明，體外預(yù)應(yīng)力加固完成，左幅和右幅跨中實(shí)測(cè)豎向上撓分別為14.52mm和15.09mm，分別比理論值高1.52mm和2.09mm；截面上緣壓應(yīng)力增量為0.190MPa，下緣壓應(yīng)力增量為3.54MPa；該橋的結(jié)構(gòu)受力和主梁線形得到了改善，結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備得到了提高，取得了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。2）加固前后的荷載試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，施加體外預(yù)應(yīng)力后，結(jié)構(gòu)剛度變大，在相同的車輛荷載作用下，跨中撓度變小。3）采用體外預(yù)應(yīng)力加固，施工監(jiān)控過程中的實(shí)時(shí)可視化展現(xiàn)，橋梁的線形與體外預(yù)應(yīng)力束索力的長期監(jiān)測(cè)對(duì)比還有待進(jìn)一步研究。