大桥桥梁加固及监测分析
2017-10-17
1、工程概况
某整幅式的预应力混凝土连续刚构桥，建成于2006年，其上部结构为694m的连续刚构，主桥是双向4车道，长454m（122+210+122）的三跨预应力混凝土连续刚构。主桥箱梁采用单箱单室截面的三向预应力结构，底板宽11m，上顶板宽22.5m，顶面翼缘为2%的双向横坡。箱梁边跨与跨中支架的现浇梁段高3.5m，根部及0号梁段高12.5m，顶板在0号梁段横隔板范围内厚50cm，其余顶板厚度为30～50cm，悬臂箱梁翼缘端部为20cm，墩顶处腹板为120cm，箱梁端部至10号箱梁的腹板为70cm，11～20号箱梁腹板为60cm，21～37号梁腹板为50cm，0号段横隔板内为150cm，其余梁从1号梁段跨中从120cm至32cm逐渐减小，边跨现浇底板厚32cm～60cm。
2、工程现状
2.1主要病害及安全隐患
桥梁经过检测，发现存在的主要病害及安全隐患如下：
（1）08年检测时，其主跨跨中预拱值降低严重，最大值还不到2.7cm，考虑到测量时，由于温度均匀升高引起的跨中挠度值增大，则主跨跨中的预拱高度用尽。
（2）桥梁桥面为混凝土铺装，平整度较差，铺装层呈网状开裂，超车道防滑层脱落、破损较严重，不利于通行。
（3）箱梁顶沿梁中心线附近，存在较多对称分布，间距在15cm至30cm的纵向裂缝，裂缝表现为在中心线处较宽，向两侧延伸逐渐变细。
（4）主墩在靠近承台的墩身有竖向裂缝。
2.2 病害产生原因
根据具体的工程灾害和安全隐患，结合以往的工程经验，认为产生以上工程隐患的原因如下：
（1）主跨挠度损失严重：目前对于桥梁挠度损失[1]主要因为：①混凝土的徐变的影响因素众多，难以准确估计影响因素的主次性，徐变计算不够准确。②桥梁在设计之初为设计下弯索，在后来工程实践中证明这样的设计对抑制主梁下挠效果差。③在桥梁使用过程中，交通量增大、超重重型汽车多，作用的动荷载大，加剧了下挠。
（2）箱梁底板存在沿中心线对称分布的间距在15～25cm的纵向裂缝。根据规范，采用等效荷载计算方法，对跨中进行等效荷载计算，计算得到的在等效荷载作用下的裂缝宽度为0.15mm，考虑到温度、混凝土收索影响，裂缝宽度约为0.2mm，实测的箱梁底板最大裂缝宽度为0.2mm，推断纵向裂缝为受力裂缝。沿箱梁内部顶板底面两侧，存在许多间距为15～30cm的纵向裂缝，采用等效荷载计算方法，箱梁顶板下跨中下边缘的最小压应力为2.24MPa，若考虑温度梯度的不利影响，最大拉应力为-1.24MPa，裂缝为受力裂缝。
（3）主墩墩身在靠近承台处有竖向了裂缝，这是由于在修建过程中，墩身后于承台浇筑，墩身混凝土收缩量大于承台，承台会抑制墩身变形，这样在墩身与承台靠近部位出现非结构裂缝。
3 加固施工
3.1 施工措施
根据桥的安全隐患及病害，制定了一些列的加固方案，主要的施工措施如下：
（1）重新进行桥面铺装：去掉原桥面铺装C40混凝土18cm厚，更换为C50抗干扰聚丙烯晴纤维混凝土11cm厚，并增加1cm厚的微表处理。
（2）增设体外预应力筋：增加A、B齿板共8个，20个转向块，4个肋板，76套减震装置，8束19Φ s15.2PE护套环氧涂层钢绞线，16套锚固装置。
（3）加固补强：修补缺陷、粘贴钢板与碳纤维布、腹板加厚。
3.2体外预应力筋加固
在本工程中，对于结构安全隐患的主要解决方案是通过增设体外预应筋[2]来实现，预应力筋的增设是整个加固工程的关键工作，对整个加固效果具有至关重要的影响。
体外预应力筋作为一种主要加固方法[3]，在提高构件的承载力方面成效显著。该方法不需要大型的技术设备；对施工的周围环境要求不高；加固工程耗费的人力资源少；工期短。在整个加固过程中[4]，只需要对原有交通进行短期限制甚至是不需要限制，施工过程对原结构影响小，不影响桥下净空，这点对城市桥梁进行加固非常有益。
3.3体外预应力筋加固工序
（1）确定钢筋增设位置[6]：要依据原结构的图形，确定需要增设体外预应力筋位置，定位放样位置，避免和原有钢筋碰撞，
（2）施工前材料准备充分：施工前对将要使用的材料进行验收，确保材料符合设计要求。准备好锚具、张拉设备，并在锚固点进行打钉标记。
（3）滑块及垫板要求：作为施工时的重要辅助措施，水平滑块要明确转向位置，使用钢板焊接，涂抹环氧液之后利用环氧砂浆找平，黏贴垫块。
（4）钢筋张拉与安装：准备工作就绪后，将待拉钢筋放置在指定位置，进行张拉。张拉步骤为：1）10%初始张拉。2）外力逐步增大到105%的超张拉。3）持续稳拉3min后，降低到预定拉力。4）锚固及卸顶。
（5）钢筋防腐：由于是后期增设的加固钢筋，需要特别注意钢筋的防腐处理。通过在钢筋外部加套管来防止腐蚀。
4 桥梁的加固施工监测
4.1监测工作内容
根据已有的检测报告，建立与实际工程相符合的计算模型，分析通过增设预应力束对已有结构模型的影响，据此来探究加固措施的过程对以后结构的影响，得到符合预期估计的加固效果。
