预应力钢筋混凝土旧桥的现场检测与评估
2015-06-01
随着经济的飞速发展，交通运输量日益加重，公路桥梁的安全性、可靠性、耐久性、行车舒适性已引起社会的普遍关注，很多资料表明，由于旧桥的经久失修，导致交通事故甚至塌桥事故，给社会发展及人民生活带来了很大的影响。对于旧桥，尤其对修建年代比较久远的桥梁，更是要定期检查，通过资料的积累了解其各部分的破损程度，核定该桥梁结构的现有实际承载能力，确定其可靠程度，以便于今后的养护、维修、加固工作。当前一些交通发达的国家，已将桥梁建设的重点放在了旧桥加固与改造方面。
1 工程概况
本工程的富春江中埠大桥位于距富阳城约10公里左右，在富春江上游距现中埠镇渡口下游约200米处由北南跨富春江。
桥梁结构形式为：主桥上部为62+95+62米三跨单箱单室变截面预应力混凝土连续梁，引桥为35米预应力T型梁和16米预应力空心板梁，全桥配跨为（11×16+6×35+62+95+62+2×35）米，桥梁全长为682.14米。
桥梁设计荷载：汽车—超20，挂车—120；桥面宽度：双幅桥，双幅间距1m，单幅设置为：0.5m（防撞护栏）+10.75m（行车道）+0.5m（防撞栏杆）。桥面纵坡：1.5%，横坡：2%；通航标准：按四级航道标准，最高通航水位：7.62m；接线：按平原微丘一级公路标准设计。
2 预应力混凝土空心板
2.1 预应力混凝土空心板主要病害。全桥预应力混凝土空心板（共11跨429块）共发现3块板出现3条纵向裂缝，裂缝宽度均较小。板底露筋4处，钢板外露1处，并有多处通长泛白现象。
2.2 预应力混凝土空心板底纵向裂缝原因分析。据调查，全国不同省份的许多预应力混凝土空心板底面均不同程度的出现纵向裂缝，是较为普遍的现象。分析其原因，主要有构造原因、施工原因、纵向预应力产生的横向应变等。
预应力混凝土空心板腹板相对较厚，底板、顶板较薄，对空心板梁的整体承载能力影响不大，但会降低底板的抗裂能力。
在施工过程中预应力筋放张时，给混凝土施加了强大的预压力，底板在横向产生横向拉应变。这个应变在设计计算中通常难以考虑，但这是产生纵向裂缝的一个重要因素。底板混凝土不均匀也加剧了底板纵向裂缝的发展。
由于空心板为封闭箱形截面，混凝土结硬时水化热产生的温差、在后期的使用中因环境温度产生的内外温差也会在混凝土表面产生横向应力。
另外，由于空心板底面钢筋混凝土保护层偏薄也降低了底板的抗裂性能。支座出现过大的剪切变形、移位、脱空等病害也对空心板底板的受力产生了不利影响。活载作用，特别是超载车辆影响也是引起空心板底板开裂重要原因。
以上多种因素叠加后，在板底会产生较大的横向拉应变和应力，造成底板开裂。
2.3 预应力混凝土连续箱梁
2.3.1 预应力混凝土连续箱梁主要病害。预应力混凝土连续箱梁外侧底板发现168条纵向裂缝和4条横向裂缝，裂缝宽度大都小于0.1mm。内侧顶板发现455条纵向裂缝和13条横向裂缝，裂缝宽度大都小于0.1mm。外侧腹板发现6条竖向裂缝，裂缝宽度大都小于0.1mm。内侧腹板发现467条纵向裂缝和5条竖向裂缝，裂缝宽度大都小于0.1mm。
2.3.2 预应力混凝土连续箱梁病害原因分析：①箱梁底板由于施加预应力而产生径向力，若底板横向配筋不足，底板横向跨中下缘及两侧底板加腋处出现纵向裂缝。②箱梁腹板中部的竖向裂缝，与混凝土收缩徐变、箱梁内外温差、腹板水平筋布置偏少、腹板较薄、混凝土混合料质量等因素有关。③箱梁腹板上的水平裂缝主要由箱梁横向弯曲空间效应与内外温差应力造成腹板内侧或外侧产生较大的竖向应力、箱梁横向刚度、畸变应力等影响因素引起。④顶板较薄，大量的纵向预应力孔道削弱了顶板的有效面积，虽然在施工过程中采用了抽真空压浆，但也很难做到压浆完全饱满。即使压浆很饱满，其抗拉强度也无法和梁体本身所要求的混凝土相比，因此，较薄的顶板上布置的大量的预应力孔道严重削弱了顶板有效面积，这也是造成顶板容易出现纵向裂缝的主要原因之一。⑤预应力孔道在混凝土浇筑过程中易变形，孔道存在弯曲，导致预应力沿孔道方向形成上下或左右的径向分力，形成沿底板混凝土下表面的纵向裂缝。⑥现场振捣混凝土时，振捣不当，漏振，过振或振捣棒抽拔过快，均会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生；高空浇注混凝土，风速过大，烈日暴晒，混凝土收缩值大，现场气温太低，水化热造成混凝土内部与表面温差过大，导致混凝土表面开裂，现场养护措施不到位，洒水不及时，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。⑦桥梁在超重车轴荷载的作用下，产生很大的横向弯矩，很容易在顶板下缘出现纵向裂缝。
3 桥梁结构检算
3.1 有限元分析根据设计图纸，运用ANSYS程序， 选取选择主桥桐庐侧边跨跨中截面、中跨支点附近、中跨L/4截面、中跨跨中截面某跨全宽桥梁进行荷载试验。动力计算主要为自振频率，静力计算为各加载工况下各片梁的位移及挠度曲线图。
3.2 本次试验的静力荷载试验效率介于0.96～1.05，试验荷载在结构控制截面产生的最大内力效应和变位效应，能够反映理论计算活载作用下同一截面最不利内力效应和变位效应，满足《公路旧桥承载能力鉴定方法》的有关要求。
3.3 在各工况试验荷载满载时，应变、挠度校验系数基本满足鉴定方法常值范畴表明本桥实际承载能力能够满足原设计荷载等级要求。
3.4 各工况试验测试相对残余应变满足鉴定方法中不大于20%的规定。
3.5 用各测点的拾振器记录得到结构振动响应曲线，经数据分析处理后，该桥实测自振频率均大于理论值，表明桥梁刚度满足设计要求。
4 检测结论与建议
预应力砼T形梁、预应力砼小箱梁和预应力砼连续箱梁结构技术状况综合评定Dr=59.2，全桥评为三类桥。预应力砼T形梁、预应力砼小箱梁和预应力砼连续箱梁结构的等上部主要承重结构病害已经影响了桥梁的正常使用功能，且有继续发展的趋势。三类桥梁需进行中修，及时进行交通管制，如限载、限速通过等。按此规定，本桥的养护对策为对预应力砼空心板、预应力砼小箱梁和预应力砼连续箱梁桥采取中修。
桥梁检测是桥梁病害与分析的重要手段，本文通过中埠大桥检测与评估的实践过程，使我们对桥梁检测与评估的重要性有了进一步的认识，为加固措施的选用提供了依据。随着我国交通业的蓬勃发展，新建桥梁增加的同时，原有桥梁也在不断老化。如何做好旧桥的检测与评估，发挥旧桥的余热和潜能，是一个值得我们不断研究和探索的课题。
