某连续刚构桥病害分析及加固方案
2010-09-19 来源：网络
1.某连续刚构桥工程概况
某桥为35m+60m+90m+60m+35m一联的预应力混凝土组合连续刚构桥，全长280m，桥宽12m。
上部结构采用单箱室箱梁，箱梁采用50#混凝土，墩顶箱梁高度为5.0m，跨中高度2.0m，其间的梁高在纵桥向按2.0次抛物线变化。
箱梁内设置纵、横、竖三向预应力，其中，纵、横向预应力钢束均采用符合ASTM．A416—90a标准的270级φj15.24低松弛高强钢绞线，竖向预应力钢束采用75/100级高强精轧螺纹粗钢筋。
下部结构为两个薄壁双柱式墩，其截面尺寸为1.2×7.0m，纵向中心距4.8m。
2.桥梁主要病害及病害分析
2.1 桥梁纵向抗弯问题
在距离中跨合拢段两端各2m范围内，底板下缘出现了数道横向通缝。其中，合拢段内有三道横向裂缝，宽度均小于0.1 mm。在合拢段两端约2 m范围内各有三道裂缝，均已延伸到腹板内，缝宽约0.2-0.5 mm，最大裂缝宽度达1.0 mm，已延伸至腹板的上承托。这些裂缝均表现为明显的受弯开裂特征。
两个次边跨和中跨的合拢段两端接缝处，均发现了贯通底板直至腹板一半高度的横向通缝，裂缝上宽下窄，宽度在0.2-1.5 mm之间，沿底板和腹板的厚度方向已完全贯穿通透。
经过对桥梁计算，边跨跨中附近截面、次边跨合拢段附近截面不能满足抗弯承载能力极限状态的要求，中跨跨中截面虽能满足要求，但安全储备很小。在短期效应组合作用下，桥梁对抗弯和抗剪能力大幅降低，因此桥梁结构的受力体系发生了改变，大部分截面出现了拉应力，正截面抗裂性不满足全预应力混凝土的要求。由于底板下缘最大横向裂缝出现在合拢段以外而非跨中，而且合拢段两端接缝处出现了横向通缝，说明跨中合拢段下缘虽然仍受拉，但已不是弯矩最大位置。由此推断在合拢段两端接缝处已经处于非完全刚接的状态。
2.2 桥梁抗剪问题
桥梁次边跨、中跨在其四分点12.3 m范围内（5-7号块），各跨的箱外腹板均出现了大量斜裂缝，裂缝宽度一般介于0.1-0.2 mm之间，且大致沿45°方向，最大裂缝宽度0.5 mm箱内腹板的开裂情况要比箱外严重得多。桥梁次边跨、中跨的箱梁从5号块开始到跨中范围内，都发生了大面积的腹板开裂现象。裂缝大致与水平线呈45°方向，最大裂缝宽度达到1.5 mm。
箱梁腹板开裂的区域是纵向预应力束取消下弯束的区域，这些区域在设计中均设置了竖向预应力筋。若竖向预应力没有起到相应的作用，腹板混凝土将因为承受过大的主拉应力而发生斜向开裂。在标准组合作用下，截面的最大法向压应力发生在中跨跨中附近截面的上缘，已超出规范允许值；其余截面的法向压应力满足规范要求。斜截面最大主压应力均满足规范要求。在短期效应组合作用下，从1/4跨至跨中斜截面抗裂性不满足全预应力混凝土构件的要求。
2.3 桥梁跨中下挠问题
桥梁中跨跨中附近出现了较为明显的下挠现象，下挠值为10.8 cm。通过外观检查，跨中挠度过大主要与超载车辆作用有关，同时也与跨中合拢段两侧接缝处非完全刚接状况有关。下挠导致主梁跨中呈波浪状，在车辆的振动和冲击作用下，加速了桥梁跨中挠度的变形和发展。
2.4 桥梁其他问题
（1）顶板承托附近发现纵向裂缝。中跨合拢段内沿横向有四道纵向裂缝，间距2m左右，其中外侧的两道裂缝（距离腹板约1.2 m）一直延伸到墩顶位置，并穿过墩顶进入次边跨，一直到达次边跨的合拢段端部。分析裂缝位置与合拢束及顶板纵向预应力束的布置吻合，因此推断顶板纵向裂缝是由纵向预应力束张拉引起。
（2）墩顶横隔板在过人洞的角隅处沿竖向发生通透性的开裂，一直开裂至顶板，裂缝宽度约0.3 mm。分析该裂缝的成因是在目前严重超载的情况下，由于横隔板的空间效应，产生了过大的横向应力，在角隅处应力集中，从而在产生了竖向裂缝。
3.加固方案
3.1 裂缝灌浆封闭
对桥梁已产生的受力裂缝，包括腹板斜裂缝、顶板纵向裂缝、墩顶横隔梁裂缝等，均进行化学灌浆处理，以防裂缝进一步扩大及有害物质的侵入，造成受力钢筋的锈蚀，影响结构安全。
3.2 纵向抗弯加固
针对原桥正截面抗弯承载力不足的问题，采用主动加固方案在箱内设置体外预应力筋的方法提高结构的正截面抗弯承载力，同时抵抗由于腹板、底板粘贴钢板、中跨跨中范围找平所增加的荷载。采用可调可换式体外预应力锚具，体外索所用的光面钢绞线应为符合美国ASTMA416—90A标准的高强度、低松弛钢绞线，其标准抗拉强度为1860 MPa，环氧喷涂无粘结钢绞线外加HDPE套管具有良好的抗侵蚀能力，能够适应具有严重侵蚀性的恶劣环境。
边跨、次边跨采用12φ815.24钢索，配合相应的张拉、锚固锚具，共设8束。中跨采用12φ815.24钢索，设置8束。体外束控制张拉应力为1116 MPa，为设计强度的60%。
3.3 腹板斜截面抗剪加固
针对桥梁整体刚度下降、竖向预应力失效、合拢段两端连接刚度不足以及活载超载导致腹板产生大量斜裂缝的问题，从以下两个方面对腹板进行抗剪加固。
（1）腹板采用粘贴钢板法进行加固补强，抵抗主拉应力，控制裂缝发展，提高结构的耐久性。
（2）施加体外预应力。通过设置跨内转向肋，使体外索提供预剪力，从而增强腹板的抗主拉应力能力。
3.4 提高合拢段连接刚度采用在合拢段两侧接缝处粘贴钢板条的形式，提高合拢端的连接刚度。
3.5 桥面下挠部分针对桥梁中跨发生较大挠度的情况，在对结构进行加固以后，将跨中明显下沉段的桥面铺装加厚11cm，以使下挠的桥面呈现水平状态。加厚材料采用c50 钢纤维防水混凝土。
4.结语
随着交通量的不断增加和桥梁的不断老化，桥梁维修、加固是一项长期、经常性的工作，因此，正确的分析桥梁病害的原因十分重要，科学的分析才能为加固方案的设计提供可靠依据。同时本桥的加固方案针对桥梁病害采用了化学灌浆、粘贴钢板、体外束加固、植筋加固等新技术、新材料、新工艺。为同类型桥梁加固提供了借鉴方法。
