童浩

（蘇寧滬高速公路股份有限公司，江蘇 南京 210049）

1 橋梁現(xiàn)狀

某 橋 主 橋 為 跨 徑44.3+70.0+44.3m的單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。截面采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力的單箱單室截面，梁高、底板厚度、腹板厚度均以二次拋物線的線形從主墩處向跨中變化。其橫截面示意圖如圖1 所示。梁高由4.3m 變至2.1m、腹板厚度由0.6m 變至0.4m、底板厚度由0.45m 變至0.25m，大橋竣工通車多年后，檢查發(fā)現(xiàn)的主要病害如下：

圖1 某大橋計算截面置示意

1.1 主橋在1/4 跨至跨中處腹板斜裂縫數(shù)量較多；

1.2 箱梁頂?shù)装宕嬖诳v向與橫向裂縫，縱向裂縫呈發(fā)展趨勢；

1.3 主橋跨中下?lián)?7mm。

2 性能評估

2.1 原設(shè)計驗算

采用MIDAS 建立了梁單元模型進(jìn)行原設(shè)計驗算，主梁離散為49 個單元，50 個節(jié)點。計算求得該橋原設(shè)計彎矩抗力值為彎矩效應(yīng)值的1.349～1.453 倍，滿足原設(shè)計荷載使用要求。主拉應(yīng)力、正應(yīng)力與最大撓度均小于規(guī)范限值要求，該橋抗剪承載力在L/4 處附近和3L/4 處附近不能滿足要求。主要控制截面驗算結(jié)果如表1、和表2 所示。

表1 截面應(yīng)力驗算結(jié)果

表2 斜截面抗剪承載能力驗算結(jié)果

2.2 現(xiàn)狀驗算

根據(jù)檢測報告結(jié)果，箱梁腹板斜裂縫分布較為集中而且數(shù)量較多，分布在跨中L/4～3L/4 范圍內(nèi)。分析其病害原因主要是由于該節(jié)段內(nèi)梁高較小、腹板厚度不足，當(dāng)豎向預(yù)應(yīng)力與縱向預(yù)應(yīng)力損失達(dá)到一定水平時，有效預(yù)應(yīng)力減小，造成該區(qū)域內(nèi)的主拉應(yīng)力增大，加之舊橋縱向預(yù)應(yīng)力未設(shè)置腹板下彎束，將進(jìn)一步增大主拉應(yīng)力的存在。

結(jié)合現(xiàn)場裂縫產(chǎn)生的區(qū)域主要集中在L/4～3L/4 范圍內(nèi)的實際情況，該區(qū)域正的特點是梁高較小，腹板較薄而反力較大，該處主拉應(yīng)力易由豎向預(yù)應(yīng)力的損失而造成此處拉應(yīng)力較大。為分析豎向預(yù)應(yīng)力與縱向預(yù)應(yīng)力的損失情況與現(xiàn)場病害的關(guān)聯(lián)情況。本次考慮對豎向預(yù)應(yīng)力與縱向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行定量折減，來對該橋進(jìn)行現(xiàn)場分析。本次按豎向預(yù)應(yīng)力不計入，縱向預(yù)應(yīng)力按0%、5%、10%、15%、20%五種損傷情況進(jìn)行模擬，五種損傷情況溫度梯度參照2018 新規(guī)范加溫度梯度考慮，將五種模擬結(jié)果與原設(shè)計進(jìn)行對比，其結(jié)果比較如表3。

表3 考慮損失全橋關(guān)鍵點應(yīng)力變化

與該橋?qū)嶋H情況對比分析得出，在損傷情況c的工況下，中跨跨中底板的拉應(yīng)力為2.3MPa，中跨L/4～3L/4的拉應(yīng)力2.9MPa，可認(rèn)為損傷情況c 符合該橋底板未出現(xiàn)橫向裂縫但存在腹板斜向裂縫的病害情況，而在損傷情況d的工況下，兩處的拉應(yīng)力分別為2.9MPa與3.7MPa，可認(rèn)為損傷情況d 符合該橋目前腹板斜向裂縫與底板橫向裂縫的分布情況，且維持在該損失水平，根據(jù)原設(shè)計驗算與現(xiàn)狀驗算結(jié)果，對該橋性能評估如下：

（1）該橋原設(shè)計部分截面抗剪承載能力不足，安全系數(shù)＜1。

（2）根據(jù)工況模擬與病害對應(yīng)情況，該橋目前縱向預(yù)應(yīng)力損失約為15%。

3 養(yǎng)護(hù)實踐

根據(jù)病害及驗算結(jié)果，該橋預(yù)應(yīng)力損失及腹板厚度較薄是病害產(chǎn)生的兩個主要原因，加固方案因考慮恢復(fù)預(yù)應(yīng)力損失同時增加腹板強(qiáng)度，限制已有的裂縫的發(fā)展，本次采用的加固方案為：考慮腹板存在開裂情況，在箱梁腹板內(nèi)采用12mm的鋼筋以30cm×30cm的梅花形布置植筋，澆筑20cm 厚C55 自密實自流平加固料來增加腹板強(qiáng)度；采用張拉體外束的方式，補(bǔ)充原橋所損失的預(yù)應(yīng)力以減小截面的應(yīng)力水平。單束規(guī)格采用12-фj15.2，一個斷面布置三束，預(yù)應(yīng)力鋼束與轉(zhuǎn)向器等構(gòu)造的摩阻系數(shù)μ=0.14，鋼絞線的強(qiáng)度為1860MPa，彈模為1.95×105MPa，錨固端張拉應(yīng)力為0.6fpk=1116Mpa。

為分析該橋加固方式的有效性，加固后對該橋進(jìn)行相關(guān)荷載試驗，以不同工況作用下的實測應(yīng)力與理論應(yīng)力的對比來驗證加固效果，應(yīng)力對比結(jié)果如表4。

表4 加固后截面應(yīng)力比對表

由表中數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)力校驗系數(shù)處于0.61～0.71 之間，滿足現(xiàn)行荷載試驗規(guī)程要求，加固后的實測平均應(yīng)力最大值為1.86Mpa，對比2.2 節(jié)中現(xiàn)狀驗算的結(jié)果，加固后橋梁的損傷情況可認(rèn)為由損傷情況d 恢復(fù)到損傷情況b。

加固后主橋的撓度測試值與計算值對比如表5。

表5 試驗撓度測試值與計算值對比表

由表5 中數(shù)據(jù)可以看出，加固后主橋撓度校驗系數(shù)處于0.70～0.81 之間，相對殘余度處于3.70%～8.30%之間。表明該橋整體剛度較大，受力狀況良好。

加固后斜截面抗剪承載力計算公式采用《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2015）規(guī)范驗算公式，截面抗剪承載能力驗算見表6。

表6 加固后斜截面抗剪承載能力驗算結(jié)果

對比上表中結(jié)果可知，加固后各控制截面的抗剪承載能力提高了1.28～1.34 倍，表明腹板增大截面的加固方式能有效的提高該橋的抗剪承載能力。

4 結(jié)論

4.1 變截面連續(xù)箱梁其性能評估時應(yīng)根據(jù)實際情況考慮豎向預(yù)應(yīng)力與縱向預(yù)應(yīng)力折減。

4.2 本加固實例表面腹板增大截面技術(shù)可以有效的提高斜截面抗剪承載能力，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可明顯改善橋梁應(yīng)力狀況，一定程度改善下?lián)犀F(xiàn)象，對變截面連續(xù)箱梁加固效果好，可為同類工程提供參考。