探讨桥梁上部结构加固实例
2015-05-26
1. 工程概况
该桥单跨长度在15~ 22 m， 上部结构采用简支钢筋砼预制斜腹小箱梁， 位于养护的省道上。该桥的主要病害为：
1) 箱梁内积水。全桥共有 15 条箱梁存在较严重的积水现象， 占全桥斜腹小箱梁总数的 31%。积水也额外增加了箱体承受的恒载约 50 kN。梁体已经出现大面积损伤， 钢筋也出现严重的锈蚀迹象。
2) 横隔板病害。横隔板主要病害为钢板连接件的焊缝开裂、 损坏。现象普遍， 约 60% 的横隔板及其连接都出现了不同程度的损坏。
3) 箱梁翼板间纵向湿接缝破损。箱梁翼板间纵向湿接缝的破坏现象比较普遍， 出现大面积的钢筋锈蚀和砼剥落。
4) 桥面铺装层出现大面积龟裂、 砼剥落等现象。
2. 桥梁承载能力计算
2. 1 原结构计算分析
采用桥梁博士结构计算软件对该桥无病害状态下的原结构进行检算， 桥梁承载能力极限状态及正常使用极限状态均满足规范要求。
2. 2 现状桥梁结构计算分析
原结构计算结果是理想力学模型状态下的数值。由于主梁钢筋锈蚀、 横向联系减弱、 重车长期作用等原因的存在， 必然会导致桥梁承载能力下降。目前桥梁横梁钢板开裂、 湿接缝处破损严重， 桥梁横向联系与原结构变化较大，通过现场动静载试验及相关现场检测后，对验算模型进行修正，按修正后的横向分布系数对现状桥梁结构进行验算。
2. 2. 1 承载能力极限状态验算
边、 中梁正截面抗弯强度边、 中梁斜截面抗剪强度如表 2 所示。
边梁及中梁抗剪强度按修正后的横向分布系数验算， 抗力小于效应值， 不能满足要求。
2. 2. 2 正常使用极限状态验算
变形验算。计算结果表明， 在汽车荷载下，主梁、 边梁及中梁最大竖向位移为- 5 mm， 小于主梁计算跨径的 1/ 600， 满足规范要求。
通过减弱桥梁横向联系， 并根据规范对桥梁现状进行模拟计算， 桥梁正截面抗弯强度符合规范要求， 但与原结构相比， 承载能力安全储备下降不少，并且斜截面抗剪强度已经不能满足规范要求。正常使用极限状态验算均满足规范要求。
3. 加固方案
根据桥梁现有病害及计算结果， 结合已有的加固设计经验， 提出以下加固方案： 主梁腹板增设新型补强层， 底板采用新型预应力钢绞线技术进行加固； 重新浇筑中横隔板， 并在每片主梁 1/ 4L 处增设横隔板； 凿除原桥面铺装层， 增设结构补强层， 并增设 6 cm 桥面铺装层。
3. 1 主梁
箱梁梁体由于开裂等损伤， 结构抗弯刚度偏弱，安全储备不足。为提高梁体的抗弯刚度及承载能力， 对箱梁腹板及底板采取如下加固措施：
腹板。对裂缝密集处的箱梁腹板， 采用高强不锈钢板加固方法进行处理。此方法不仅能有效抑制裂缝的再生， 更能提高梁体的抗剪强度。
2)底板。超重车的长期作用、 主梁横向联系减弱、 梁体内积水增加的荷载及钢筋锈蚀等因素导致该桥主梁承载能力降低。为了有效提高主梁承载能力， 结合桥面补强层， 在梁底采用新型钢绞线预应力加固技术。施加的预应力抵消新增恒载产生的弯矩， 在活载下与桥面补强层共同起作用， 从而提高箱梁的承载能力。
3. 2 横隔板
由于横隔板连接钢板焊缝开裂， 横隔板连接部位损坏， 桥梁横向联系减弱。为恢复并增强桥梁横向联系， 提高全桥整体刚度， 拆除原有中横隔板， 重新浇筑新中横隔板， 并在每片梁 1/ 4 点处增设两道横隔板， 以增强横向联系。
3. 3 箱梁翼板纵向湿接缝
纵向湿接缝的破坏也导致桥梁横向联系减弱。为了恢复并增强桥梁横向联系， 提高全桥整体刚度，拆除原有纵向湿接缝， 重新浇筑湿接缝， 并在两相邻箱梁翼板间每隔 30 cm 粘贴 15 cm 宽钢板条， 湿接缝砼与桥面补强层砼一起浇筑， 以便能更好地增强箱梁间的横向联系。
3. 4 桥面系
桥面铺装的破损使得雨水渗入箱梁内部并长期积存。为此， 拆除原有铺装层， 通过植入直径为 16mm 的钢筋， 铺设间距 10 cm @ 10 cm、 直径为 Φ12mm 的钢筋网， 重新浇筑 6~ 13. 5 cm 砼。此部分作为主梁结构补强层与主梁一起参与受力。在结构补强层上喷洒水泥基渗透结晶型防水材料。由于桥梁超重车现象严重， 故增设6 cm 聚丙烯纤维和钢纤维混合型砼桥面铺装。桥面铺装改造后桥面厚度大于原桥面， 高出部分结合伸缩缝改造调整。
4. 加固效果验算
根据本桥目前的病害情况及检算结果， 针对箱梁分别拟定加固方案， 并进行加固效果计算和现场试验。由于加固方案增设 6 cm 桥面铺装层， 且每片梁增设 2 根横隔板， 虽然导致恒载增加，但为抵消由于加固所产生的恒载， 在梁底增设预应力。 加固后， 边、 中梁正截面抗弯强度分别提高 15% 、 16% ， 加固效果明显， 正截面抗弯强度均满足规范要求。
5. 结 语
该桥采取以上加固方案加固后， 病害得到有效治理， 并显著提高了桥梁的承载能力。所采取的加固方法较为成功。
与传统的粘贴碳纤维布加固方案相比， 该桥采用的主梁底板采用高强不锈钢绞线加固、腹板采用不锈钢板加固，方案具有以下优点：1）主梁承载力和刚度得到提升； 2）增加桥面铺装层， 破损后便于更换； 3）梁底裂缝、 露筋和破损等病害同时得到了处理； 4）加固材料虽然新颖，但加固工艺成熟，利于施工。
