■王 華

（福建省閩招工程檢測有限公司，莆田 351139）

近年來，大量的在役簡支空心板梁橋無法滿足改擴建道路的荷載等級要求，同時一些結(jié)構(gòu)性病害發(fā)展速度很快， 對橋梁通行安全有一定的威脅。 因此，根據(jù)病害類型、特點和橋梁現(xiàn)有承載能力有針對性的研究提高在役橋梁提載的加固技術(shù)很有必要。

國內(nèi)對在役橋梁的維修加固開展了不同的研究，如潘忠岳[1]對某空心板橋梁進行了全面的外觀檢測和靜載試驗，分析病害原因，提出維修加固措施，驗證了該加固方法的可靠性；巴力等[2]通過對比連續(xù)剛構(gòu)橋加固前后的荷載試驗，對橋梁的加固效果作了分析評定；呂聰儒[3]、陳增順等[4]通過荷載試驗對橋梁加固效果進行分析等。

本文以1 座20 m 在役預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁橋?qū)⒃O(shè)計荷載為公路-II 級提載為公路-I 級為例，根據(jù)橋梁病害類型、特點和橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)有承載能力提出對主梁板底粘貼張拉預(yù)應(yīng)力碳板，蓋梁采取植筋和外包混凝土的加固措施，并通過驗算和現(xiàn)場荷載試驗對加固效果進行評價，以期為在役空心板梁橋的提載加固提供技術(shù)借鑒。

1 原空心板承載能力驗算

1.1 工程概況

某空心板橋梁全長45.5 m， 上部結(jié)構(gòu)為2×20 m 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁，橋面寬43.0 m，雙幅布置，斜交角為55°。 設(shè)計荷載：公路-Ⅱ級。 橋梁立面、橫斷面見圖1、圖2。

圖1 某空心板橋立面圖

圖2 某空心板橋橫斷面圖

1.2 橋梁病害情況

根據(jù)橋梁檢測結(jié)果， 橋梁病害主要有：（1）橋面系病害主要為： 鋪裝縱向通長裂縫及混凝土破損，人行道裂縫及混凝土破損，欄桿斷裂，伸縮縫及泄水孔堵塞；（2）上部結(jié)構(gòu)病害主要為：部分主梁存在橫向裂縫、縱向裂縫，露筋麻面；全橋支座均老化、開裂、變形；（3）下部結(jié)構(gòu)病害主要為：橋墩、樁基及系梁偏位，墩柱、蓋梁均被海水侵蝕，橋臺露筋銹蝕，錐坡砌體破損、裂縫。 橋梁病害分布示意圖見圖3。

圖3 橋梁病害分布示意圖

1.3 承載能力驗算

根據(jù)JTG D60-2015 《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》、JTG/TJ21-2011 《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》與JTG D62-2004《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》，考慮在役橋梁的損傷狀況，利用橋梁專用有限元分析軟件Midas Civil 對上部結(jié)構(gòu)空心板以及下部結(jié)構(gòu)蓋梁進行公路-I 級設(shè)計荷載等級驗算，計算結(jié)果見表1。

由表1 可知，原空心板橋在公路-I 級荷載作用下， 空心板正截面抗彎承載能力不滿足規(guī)范要求，蓋梁正截面抗彎承載能力不滿足規(guī)范要求，其余均滿足規(guī)范要求。

2 橋梁加固措施

根據(jù)橋梁病害情況以及改擴建道路荷載提級要求，上部結(jié)構(gòu)梁體采用1 700 cm×10 cm×0.14 cm的碳釬維板 （I 級板材， 主要力學(xué)性能見表2）與151 cm×10 cm×0.14 cm 碳釬維布壓條進行加固以提高結(jié)構(gòu)的承載能力實現(xiàn)荷載提級要求；下部結(jié)構(gòu)對系梁進行植筋、外包混凝土，蓋梁外包混凝土以提升承載能力；對橋面進行重鋪，更換原混凝土鋪裝為瀝青鋪裝，全橋加固處理措施見表3。主要病害加固措施示意圖見圖4、圖5。

圖4 上部結(jié)構(gòu)主梁碳纖維板加固示意圖

圖5 橋墩、樁基加固示意圖

表2 碳釬維復(fù)合材料主要力學(xué)性能指標

表3 橋梁加固處置措施

3 加固后橋梁結(jié)構(gòu)性能評價

通過荷載試驗以評價加固后橋梁結(jié)構(gòu)性能，設(shè)計荷載按照現(xiàn)行JTG D60-2015 《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》中公路-I 級車道荷載計算。

3.1 計算模型

根據(jù)設(shè)計圖紙， 采用橋梁專用程序Midas/Civil對加固后的上部結(jié)構(gòu)進行空間建模分析。 上部結(jié)構(gòu)采用梁格法計算，主梁采用梁單元模擬，橋面鋪裝采用板單元荷載模擬，考慮其自重作用和傳導(dǎo)荷載。主梁結(jié)構(gòu)材料采用C50。 邊界條件采用自由度模擬，一端固定鉸接，一端可動鉸接。 計算模型見圖6。

圖6 橋梁結(jié)構(gòu)有限元計算模型

3.2 加載工況

設(shè)計荷載按照現(xiàn)行JTG D60-2015 《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》中公路-I 級車道荷載計算，車道數(shù)為4。按車道橫向最不利布置進行內(nèi)力計算，并通過內(nèi)力影響線布置荷載工況，使現(xiàn)場加載的荷載效率介于0.95～1.05，即符合橋梁試驗規(guī)范的要求。 荷載試驗采用5 部46 t 左右重型三軸卡車進行加載。各工況具體情況見表4。

表4 各工況設(shè)計值、試驗理論值和效率系數(shù)

3.3 截面和測點布置

3.3.1 應(yīng)變測試測點布置

在各空心板跨中截面梁底黏貼應(yīng)變片，各板腹板底部布置2 個，同時右幅右側(cè)外邊板腹板側(cè)面布置2 個，合計36 個（1 片板底的2 個應(yīng)變測點數(shù)據(jù)最終以平均值進行評定）。 加固后應(yīng)變計黏貼在混凝土面上，避開碳纖維布位置，以測試梁體的實際應(yīng)變情況。

3.3.2 撓度測試測點布置

在各空心板跨中截面梁底設(shè)置千分表，共17個。測試截面位置見圖7，測試截面應(yīng)變及撓度測點布置見圖8、圖9。

圖7 測試截面布置圖

圖8 測試截面應(yīng)變測點橫截面布置圖

圖9 測試截面撓度測點橫斷面布置圖

（1）工況1：左幅第2 跨跨中截面最大正彎矩右側(cè)偏載車輛平面位置見圖10。

圖10 工況1 車輛平面布置圖

（2）工況2：左幅第2 跨跨中截面最大正彎矩中載，車輛平面位置見圖11。

圖11 工況2 車輛平面布置圖

（3）工況3：左幅第2 跨跨中截面最大正彎矩左側(cè)偏載，車輛平面位置見圖12。

圖12 工況3 車輛平面布置圖

3.4 加固后靜力荷載試驗結(jié)果分析

各工況下?lián)隙葘崪y值與理論值比較表見表5。各工況下?lián)隙葘崪y值與理論值對比圖見圖13。各工況下應(yīng)變實測值與理論值比較表見表6。 控制截面實測彈性應(yīng)變與理論計算應(yīng)變的對比見圖14。

表6 各工況下應(yīng)變實測與理論值 （單位：με）

圖13 各工況下?lián)隙葘崪y值與理論值對比

表5 各工況下?lián)隙葘崪y值與理論值比較（單位：mm）

圖14 理論應(yīng)變與實測應(yīng)變對比

結(jié)合試驗現(xiàn)象、試驗數(shù)據(jù)可得到如下結(jié)論： （1）試驗荷載滿載時，各撓度、應(yīng)變測點實測撓度值均小于理論計算值，滿足JTGTJ21-01-2015《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》中規(guī)定的正常值范圍，橫橋向應(yīng)變及撓度變化趨勢與理論計算結(jié)果較吻合；卸載后橋梁恢復(fù)情況較好；（2）加固后橋梁在靜力荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)，主梁結(jié)構(gòu)受力狀況得到一定改善，加固后的橋梁可滿足公路-I 級荷載的要求。

3.5 加固后橋梁結(jié)構(gòu)自振特性評價

采用橋梁結(jié)構(gòu)專用有限分析軟件Midas/Civil對本橋進行了動力特性分析，有限元模型見圖15?，F(xiàn)場對加固后的橋梁結(jié)構(gòu)采用自然環(huán)境激勵法進行自振特性測試，拾振器測點布置見圖16。 橋梁豎向一階模態(tài)見圖17。

圖15 一階模態(tài)理論振型（頻率5.42 Hz）

圖16 自振特性測試測點布置圖

圖17 一階模態(tài)實測振型（f=6.84 Hz）

上述結(jié)果表明：加固后橋梁環(huán)境振動試驗的實測豎向一階頻率為6.84 Hz，大于理論豎向一階頻率值5.42 Hz，橋梁加固后剛度滿足設(shè)計要求。

3.6 下部結(jié)構(gòu)加固驗算

采用橋梁通7.78 對下部結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)驗算，驗算結(jié)果見表7。 通過驗算可知，橋墩蓋梁加固后，承載力有明顯的提升，可滿足公路-I 級荷載作用。

表7 蓋梁抗彎承載能力驗算

4 結(jié)語

（1）在役簡支空心板梁橋荷載提級承載能力不足時，可采用上部空心板黏貼碳纖維板、橋墩系梁、蓋梁外包混凝土等措施以提高橋梁的承載能力。

（2）橋梁靜力荷載試驗數(shù)據(jù)表明，加固后上部結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)，主梁結(jié)構(gòu)受力狀況得到一定改善，加固后的橋梁可滿足公路-I 級荷載的要求。

（3）加固后橋梁環(huán)境振動試驗的實測豎向一階頻率為6.84 Hz，大于理論豎向一階頻率值5.42 Hz，橋梁加固后剛度滿足設(shè)計要求。

（4）通過下部結(jié)構(gòu)蓋梁抗彎承載力驗算表明，植筋、外包混凝土對蓋梁抗彎承載力有明顯提升。