摘 要：隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛發(fā)展，交通量日益增長(zhǎng)，部分橋梁由于建設(shè)年代較早，已不能適應(yīng)現(xiàn)有荷載水平，進(jìn)而成為危橋，嚴(yán)重影響行車安全，故危舊橋梁加固技術(shù)已成為當(dāng)下工程領(lǐng)域需深入研究的課題，亟需探尋有效的加固方案。鋼-混凝土加固技術(shù)能充分發(fā)揮鋼材受拉及混凝土受壓性能，具有能夠大幅度提高橋梁承載能力及剛度、改善結(jié)構(gòu)受力、增加耐久性能等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。文章通過對(duì)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支 T梁采用鋼-混凝土組合加固計(jì)算分析，對(duì)比橋梁加固前后承載能力，為橋梁加固提供新思路。

關(guān)鍵詞：危舊橋；鋼-混組合；加固

中圖分類號(hào)：U448.27"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近年來，隨著交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，國省干線公路交通量日益增長(zhǎng)，給建設(shè)年代較早的干線公路橋梁養(yǎng)護(hù)帶來較大挑戰(zhàn)。部分橋梁因設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低或超載嚴(yán)重等原因，出現(xiàn)不同程度病害，已不能適應(yīng)現(xiàn)有荷載水平，嚴(yán)重影響行車安全[1]。若拆除重建或更換上部結(jié)構(gòu)，勢(shì)必造成資源浪費(fèi)及環(huán)境污染等問題，與國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略不符。因此國省干線公路橋梁加固勢(shì)在必行。

目前橋梁結(jié)構(gòu)加固的方法主要有增大截面法加固、粘貼鋼板加固及采用炭纖維板加固等[2]。傳統(tǒng)的加固方法均具有一定的局限性，如粘貼鋼板加固可在一定程度上提高橋梁的承載能力，雖然施工工藝簡(jiǎn)單，但其加固效果主要受粘貼膠體材料強(qiáng)度的影響，同時(shí)也受到梁體表面平整度及清潔度的影響[3]，加固效果往往不夠理想。增大截面法加固具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但混凝土養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)限制荷載，加固后結(jié)構(gòu)自重加大，橋下空間減小。而碳纖維板加固對(duì)承載能力提高不大，且不能解決橋梁抗剪能力不足的問題，其防火性能及耐久性較差。文章以某跨河大橋?yàn)槔?，分析?duì)比鋼-混凝土組合加固前后承載力，為橋梁加固提供新思路。

1工程概況

某國道大橋上部結(jié)構(gòu)為11～20 m鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁，單跨主梁片數(shù)7片，橋梁全長(zhǎng)238.8 m，橋面凈寬9 m，兩側(cè)人行道寬1.5 m，設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)為汽-20、掛-100級(jí)，橋梁建成年代為1982年，原橋上部結(jié)構(gòu)采用C25混凝土，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用柱式墩，樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)采用組合結(jié)構(gòu)，高樁承臺(tái)式基礎(chǔ)，片石混凝土臺(tái)身。原橋由于建設(shè)年代較早，設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)低，長(zhǎng)期超載等原因，出現(xiàn)大量病害，該橋上部結(jié)構(gòu)多數(shù)T梁存在多處斜向裂縫、豎向裂縫，豎向裂縫主要集中在 L/4～3L/4（L 為跨徑）之間，最大縫寬為0.23 mm，多數(shù)邊梁腹板水蝕導(dǎo)致鋼筋銹蝕、混凝土剝落，多數(shù)鉸縫滲水，部分鉸縫脫落、露筋，部分T梁翼緣板水蝕，部分橫隔板破損，經(jīng)荷載試驗(yàn)該橋承載能力已不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，亦不能適應(yīng)現(xiàn)有日益增長(zhǎng)的交通量，嚴(yán)重影響行車安全。

2 加固計(jì)算分析

2.1 主要計(jì)算參數(shù)

（1）恒載

一期恒載按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)斷面尺寸計(jì)取重量，混凝土容重按26.0 kN/m3取值，瀝青混凝土容重按24 kN/m3取值，上部結(jié)構(gòu)恒載按梁?jiǎn)卧奢d施加在結(jié)構(gòu)上。

（2）活載

汽車荷載等級(jí)為公路-Ⅱ級(jí)。

車道荷載按照中載和偏載2種工況考慮，取最不利結(jié)果。汽車荷載沖擊系數(shù)及人群荷載分別按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60—2015）第4.3.2、4.3.6條規(guī)定計(jì)算。

2.2 主要材料基本數(shù)據(jù)

大橋原有結(jié)構(gòu)材料及加固用材料主要性能指標(biāo)詳見表1、表2。

2.3 主梁加固方案及示意圖

主梁加固方案采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)加固法，即在主梁梁底及腹板兩側(cè)18 m 范圍外包6 mm 厚鋼板，形狀呈馬蹄形，外包鋼板與原結(jié)構(gòu)之間現(xiàn)澆高強(qiáng)無收縮灌漿料，同時(shí)，在鋼板上焊接栓釘，原結(jié)構(gòu)表面種植鋼筋，使加固部分與原結(jié)構(gòu)形成整體，共同受力，從而提高結(jié)構(gòu)的抗彎承載力，具體加固方案示意圖如圖1所示。

同時(shí)對(duì)腹板L/4處斜向裂縫采用粘貼鋼板 B 進(jìn) 為700 mm×300 mm×5 mm，鋼板 B 沿主梁縱向雙側(cè)行加固，從而提高原結(jié)構(gòu)抗剪承載能力，鋼板B 尺寸 布置，間距80 cm，具體加固方案示意圖如圖2所示。

2.4結(jié)構(gòu)離散

采用有限元分析程序 Midas Civil 2022建立平面桿系單元模型，主梁按實(shí)際截面尺寸模擬，將橋梁按照空間實(shí)用理論轉(zhuǎn)化為平面桿系單元[4]，采用梁格法建模，加固后結(jié)構(gòu)離散圖如圖3所示。

2.5持久狀況承載能力驗(yàn)算結(jié)果

（1）正截面抗彎承載能力驗(yàn)算

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）第5.1.2條γos≤R驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)×作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值均≤構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值[5]43，加固后主梁抗彎承載能力滿足規(guī)范要求，如圖4所示。

（2）斜截面抗剪承載力驗(yàn)算

斜截面抗剪驗(yàn)算可按剛度等效原理，將鋼板等效為抗剪鋼筋，采用Midas分析軟件計(jì)算，也可按照《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）受彎構(gòu)件斜截面加固計(jì)算相關(guān)條文采用人工計(jì)算，具體計(jì)算如下：

①斜截面加固后，斜截面應(yīng)符合下列規(guī)定：

當(dāng)hw/b≤4時(shí)

V≤0.25βcfc0bh0"""""""""" （1）

當(dāng)hw/b≥6時(shí)

V≤0.20βcfc0bh0"""""""""" （2）

當(dāng)4＜hw/b＜6時(shí)，按線內(nèi)插法確定。

式中：hw 為主梁端部腹板截面高度，對(duì)于矩形截面取有效高度，對(duì)于T形截面有效高度減去翼緣高度[6]67-68；根據(jù)圖1，hw取值為1020 mm；b為矩形截面的寬度，T形或I形截面為腹板寬度[6]67，根據(jù)圖1，b取值為180 mm；βc為混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）規(guī)定值采用，取值為1；fc0為原構(gòu)件混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，根據(jù)表1，取值為11.5 MPa；h0為縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至受壓區(qū)邊緣的距離，根據(jù)圖1，h0取值為1250 mm。

由公式（1）、（2）及參數(shù)可知：

4≤hw/b=5.67≤6

0.2075βcfc0bh0=711.6 kN≥V=520.1 kN

滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）第9.3.2條規(guī)定。

②采用加錨封閉箍或其他U型箍對(duì)鋼筋混凝土梁進(jìn)行抗剪加固時(shí)，其斜截面抗剪應(yīng)符合下列公式規(guī)定：

V≤Vb0+Vb.sp""""""""""""""""""""""" （3）

Vb.sp=ΨvbfspAb.sphsp/ssp""""""""""""""""""" （4）

式中：Vb0為加固前梁的斜截面承載力[6]68，取值為原設(shè)計(jì)值 Vu=318 kN；Vb.sp 為粘貼鋼板加固后，對(duì)梁斜截面承載力的提高值[6]68；Ψvb 為與鋼板的粘貼方式及受力條件有關(guān)的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)，按《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）第9.3.3表取值為0.68；fsp 為加固鋼板的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[6]62，根據(jù)表2，取值為275 MPa；Ab.sp 為配置在同一截面處箍板各肢的截面面積之和[6]68，取值為2×300×5=3000 mm；hsp 為U形箍板單肢與梁側(cè)面混凝土黏結(jié)的豎向高度[6]68，根據(jù)圖1，取值為1190 mm；ssp 為箍板的間距，根據(jù)圖2，取值為800 mm；V 為構(gòu)件斜截面加固后的剪力設(shè)計(jì)值，取值為520.1 kN，詳見表4。

由公式（3）、（4）及參數(shù)可知：

Vb.sp=1001.4 kN Vb0=318 kN

V=520.1 kN≤Vb0+Vb.sp=1319.4 kN

滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367—2013）第9.3.3條規(guī)定。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）第5.1.2條γoS≤R驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)×作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值均≤構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值[5]43，加固后主梁斜截面抗剪承載能力滿足規(guī)范要求。

2.6短暫狀況下應(yīng)力驗(yàn)算

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG 3362—2018）第5.1.2條γos≤R驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)×作用效應(yīng)的組合設(shè)計(jì)最大值均≤構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值[5]43，施工階段法向壓應(yīng)力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求，如圖5所示。

3加固前后結(jié)果對(duì)比

由表3、表4可知，通過鋼-混凝土組合加固后，橋梁抗彎及抗剪承載力得到明顯提升，并滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，說明鋼-混凝土組合加固技術(shù)方案理論可行。

4施工主要流程及施工注意事項(xiàng)

4.1施工主要流程

原主梁腹板及梁底表面鑿毛清理→原結(jié)構(gòu)粘貼鋼板表面處理→主梁梁底種植鋼筋→鋼板下料、防腐涂裝處理、主梁腹板鉆孔及孔內(nèi)處理→根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)鲈O(shè)縱向鋼筋、現(xiàn)場(chǎng)安裝鋼板、種植螺栓、粘貼鋼板→澆筑高強(qiáng)無收縮灌漿料。

（1）采用人工對(duì)腹板側(cè)面及梁底加固區(qū)域的外表面進(jìn)行鑿毛清理，使得主梁粗骨料外露并形成凹凸面，確保粘貼鋼板表面粗糙、堅(jiān)實(shí)、密實(shí)、無松動(dòng)。如有鋼筋外露、混凝土裂縫等病害應(yīng)先處置病害后粘貼鋼板。

（2）被粘貼混凝土表面應(yīng)嚴(yán)格打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出新鮮混凝土基面，將混凝土表面清理干凈并保持干燥，采用修復(fù)材料將混凝土表面修復(fù)平整。

（3）主梁梁底種植鋼筋，彎鉤沿主梁上游側(cè)和下游側(cè)交叉布置，同時(shí)與新增設(shè)的縱向鋼筋綁扎。鋼筋種植過程中應(yīng)先探明原有主梁鋼筋位置，并在需要種植部位標(biāo)記，避免損傷原有主梁鋼筋，必要時(shí)可適當(dāng)挪動(dòng)種植鋼筋。

（4）鋼板下料，錨固螺栓孔位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)放樣及鋼筋探測(cè)位置適當(dāng)調(diào)整，防止損傷主梁鋼筋。為了保證鋼板粘貼灌注膠體的質(zhì)量，應(yīng)在下料時(shí)預(yù)留出膠孔。鋼板安裝定位應(yīng)有較高精度，確保鋼板線形順適、美觀。鋼板加工應(yīng)采用廠預(yù)制，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，出廠前應(yīng)對(duì)鋼板進(jìn)行防腐處理，同時(shí)要對(duì)在安裝過程中造成的底漆破損進(jìn)行補(bǔ)漆。

（5）焊接后的剪力釘表面應(yīng)無銹蝕、氧化皮、油脂和毛刺等，其根部表面不允許有影響使用的裂縫，剪力釘焊接建議加固工廠制作。

（6）新增縱向主筋與主梁梁底種植鋼筋綁扎固定。

（7）先進(jìn)行鋼板的粘貼錨固，粘貼鋼板采用壓力灌注，待黏結(jié)膠固化24 h后，再進(jìn)行高強(qiáng)無收縮灌漿料的澆筑。

4.2施工注意事項(xiàng)

（1）高強(qiáng)無收縮灌漿料的流動(dòng)性較好，在施工過程中應(yīng)安排專人實(shí)時(shí)跟蹤檢查密實(shí)情況，確保新澆筑灌漿料與原結(jié)構(gòu)和鋼板緊密結(jié)合。

（2）高強(qiáng)無收縮灌漿料的澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如因故必須間斷時(shí)，其間斷時(shí)間應(yīng)小于前層灌漿料的初凝時(shí)間。

（3）高強(qiáng)無收縮灌漿料的澆筑過程中，對(duì)封閉空間部位的澆筑，應(yīng)留有排氣孔，為防止?jié)仓砻嫫鹋菁安痪鶆?，澆筑過程中可在鋼板外側(cè)輔助敲擊。最大水平段澆筑長(zhǎng)度應(yīng)視施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況確定，一般情況下不宜超過10 m。

（4）在新增鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)未共同受力前，應(yīng)采取有效的臨時(shí)施工措施減小新增部分恒載對(duì)加固后結(jié)構(gòu)整體受力的影響，確保加固效率。如橋梁更換橋面鋪裝、護(hù)欄等影響結(jié)構(gòu)恒載的施工，應(yīng)在對(duì)主梁加固完成后進(jìn)行。

5施工效果評(píng)價(jià)

大橋加固完成后，經(jīng)技術(shù)狀況評(píng)定，鋼-混凝土組合加固部分鋼板涂裝完整，未出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象，橋梁技術(shù)狀況等級(jí)為2類，因此鋼-混凝土組合加固方案可改善橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。經(jīng)荷載試驗(yàn)，該橋加固部分與原有主梁部分變形協(xié)調(diào)，承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。大橋加固改造3年以來，運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好，未出現(xiàn)明顯病害，說明鋼-混凝土組合加固技術(shù)方案可行，鋼-混凝土組合加固可大幅度提高橋梁抗彎及抗剪承載能力，加固技術(shù)切實(shí)有效，加固方案可大幅改善橋梁結(jié)構(gòu)受力性能。

6結(jié)語

通過對(duì)比分析鋼-混凝土組合加固前后結(jié)構(gòu)承載能力得出以下結(jié)論：

（1）通過鋼-混凝土組合加固后，橋梁抗彎及抗剪承載力得到明顯提升，并滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

（2）鋼-混凝土組合加固適用于Ⅰ字型梁和 T 梁，加固后主梁剛度得到明顯提升。

（3）鋼-混凝土組合加固后，將原有結(jié)構(gòu)及新增混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行包裹，不僅對(duì)混凝土形成套箍效應(yīng)，而且封閉原有結(jié)構(gòu)裂縫，阻止原有裂縫發(fā)展，防止新增混凝土開裂，從而取得良好的加固效果。

鋼-混凝土組合加固技術(shù)是粘貼鋼板法加固和增大截面法加固2種方法的結(jié)合，能充分發(fā)揮鋼材受拉及混凝土受壓性能，通過對(duì)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T 梁采用鋼-混凝土組合加固計(jì)算分析，對(duì)比橋梁加固前后承載能力，鋼-混凝土組合加固技術(shù)可大幅度提高橋梁抗彎及抗剪承載能力，改善橋梁結(jié)構(gòu)受力性能及耐久性。鋼-混凝土組合加固技術(shù)具有自重小，建筑高度小，節(jié)約模板，便于施工，對(duì)周圍環(huán)境影響小，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)加固方法的不足，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。另外，鋼-混凝土組合加固技術(shù)還可用于既有橋梁加寬、T 梁轉(zhuǎn)化為箱梁及解決預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系弱的問題。國內(nèi)國省干線公路橋梁眾多，鋼-混凝土組合加固技術(shù)在國省干線公路改造項(xiàng)目中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Application of Steel-concrete Reinforcement Technology inStrengthening Endangered Old Bridge

ZHANG Jian

（Gansu Transportation Research Institute Group Co.， Ltd.， Lanzhou Gansu 730000， China）

Abstract：With the rapid development of domestic economic construction and the increasing traffic volume ， some bridges can not adapt to the existing load level due to the early construction age，and then become dangerous bridges，which seriously affects the safety of driving.Therefore，the reinforcement technology of dangerous old bridg? es has become a topic that needs further research in the current engineering field，and it is urgent to explore effec? tive reinforcement programs.Steel-concrete reinforcement technology can give full play to the tensile properties of steel and concrete，and has the advantages of greatly improving the bearing capacity and stiffness of bridges，improv? ing the structural force，increasing the durability，etc.，and has broad application prospects.This article through the calculation and analysis of reinforced concrete T beam reinforced by steel-concrete combination ，the bearing capac? ity of bridge before and after reinforcement is compared，which provides a new idea for bridge reinforcement.

Keywords：endangered old bridge；steel-concrete combination；reinforce