某預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋不同加固方法試驗(yàn)對(duì)比分析

原國(guó)華

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

該橋全長(zhǎng)為2 294.68 m。上部結(jié)構(gòu)為（41+55+41）+17×25+（41+55+41）+15×25+（41+55+41）+6 ×25+（41+55+41）+7 ×25+（41+55+41）+14 ×24.3+（41+55+41）m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁和預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式連續(xù)箱梁。

下部結(jié)構(gòu)：橋臺(tái)為肋板式橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；現(xiàn)澆連續(xù)箱梁橋墩為板式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；預(yù)制小箱梁橋墩為柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

該橋的技術(shù)指標(biāo)為：

a）設(shè)計(jì)荷載 汽-超20級(jí)；驗(yàn)算荷載：掛-120；

b）單幅橋面寬度 0.5 m+凈12 m+1.25 m；

c）地震基本烈度 Ⅶ度。

2 橋梁主要病害

a）該橋共計(jì)195片箱梁腹板存在豎向裂縫，裂縫最寬0.27 mm，底板存在橫向裂縫，裂縫最寬0.15 mm，腹板豎向裂縫與底板橫向裂縫相連通。

b）該橋端橫隔板存在豎向裂縫，裂縫最寬0.78 mm，建議涂環(huán)氧樹脂膠封閉未超限裂縫；用壓力注漿法灌注環(huán)氧樹脂膠封閉超限裂縫。

c）該橋橋梁技術(shù)狀況綜合評(píng)定等級(jí)為“三類”橋梁。

3 小箱梁橋加固方法

為了進(jìn)一步了解該橋主梁目前的受力狀況，掌握主梁預(yù)應(yīng)力鋼束的應(yīng)力損失大小，特別是不同加固方法對(duì)提高該橋承載能力及抗裂性能的加固效果，本項(xiàng)目選取跨中附近裂縫較為嚴(yán)重的三跨作為試驗(yàn)跨進(jìn)行了3種不同加固方法，分別為：體外預(yù)應(yīng)力加固方法[1](第一跨)、體外預(yù)應(yīng)力+粘貼碳纖維布加固方法(第二跨)、粘貼鋼板加固方法(第三跨)。

3.1 方案一 梁體體外預(yù)應(yīng)力加固(第一跨)

采用張拉體外預(yù)應(yīng)力加固方案。在各片箱梁腹板下緣兩側(cè)分別布置3根正彎矩體外預(yù)應(yīng)力鋼束，張拉控制應(yīng)力為1 116 MPa，箱梁體外預(yù)應(yīng)力加固效果圖見圖1。

圖1 箱梁體外預(yù)應(yīng)力加固效果圖

3.2 方案二 體 外預(yù)應(yīng)力+粘貼碳纖維布加固方法（第二跨）

采用張拉體外預(yù)應(yīng)力并粘貼碳纖維布加固方案，在各片箱梁腹板下緣兩側(cè)分別布置3根正彎矩體外預(yù)應(yīng)力鋼束，張拉控制應(yīng)力為1 116 MPa。體外預(yù)應(yīng)力按設(shè)計(jì)要求張拉完成后，在箱梁兩側(cè)腹板分別均勻粘貼3條碳纖維布，體外預(yù)應(yīng)力+粘貼碳纖維布加固效果圖見圖2。

圖2 體外預(yù)應(yīng)力+粘貼碳纖維布加固效果圖

3.3 方案三 粘貼鋼板加固（第三跨）

在各片箱梁腹板兩個(gè)側(cè)面粘貼3道鋼板（寬20 cm）進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，粘貼鋼板加固效果圖見圖3。

圖3 粘貼鋼板效果圖

4 試驗(yàn)檢測(cè)目的

本次試驗(yàn)對(duì)加固前橋梁現(xiàn)有的工作狀態(tài)進(jìn)行了檢測(cè)，并對(duì)加固后各方案的實(shí)際加固效果進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，檢測(cè)主要目的如下：

a）測(cè)試加固前橋梁現(xiàn)有的工作狀態(tài)。

b）通過(guò)加固后對(duì)比試驗(yàn)，掌握不同加固方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受力狀況的改善情況。

c）比較分析橋梁采用不同加固方法的實(shí)際加固效果。

d）為橋梁的加固設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)及下一步相應(yīng)的加固建議。

5 試驗(yàn)檢測(cè)主要內(nèi)容

5.1 試驗(yàn)檢測(cè)流程

本次試驗(yàn)主要是為了檢驗(yàn)橋梁加固前現(xiàn)有的工作狀態(tài)、各加固方案的實(shí)際加固效果及各方案效果之間的對(duì)比情況，所以需在各方案加固前、后對(duì)各試驗(yàn)跨分別進(jìn)行荷載試驗(yàn)，采集并分析數(shù)據(jù)。

例如：第二跨先進(jìn)行荷載試驗(yàn)采集分析數(shù)據(jù)；然后按照加固方案分批張拉預(yù)應(yīng)力體外預(yù)應(yīng)力，完成此項(xiàng)設(shè)計(jì)意圖后再按照同樣的荷載標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)進(jìn)行荷載試驗(yàn)程序，采集相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)；之后再按照設(shè)計(jì)方案要求完成粘貼碳纖維布；等到碳纖維布與混凝土的粘貼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，按照同樣的荷載標(biāo)準(zhǔn)第二次重復(fù)進(jìn)行荷載試驗(yàn)程序，采集相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成本跨荷載試驗(yàn)工作。

各試驗(yàn)跨荷載試驗(yàn)的流程如圖4。

圖4 試驗(yàn)檢測(cè)流程圖

5.2 試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目

5.2.1 加固前

a）測(cè)試試驗(yàn)荷載作用下加固前橋梁測(cè)試斷面的應(yīng)力（應(yīng)變）及其分布情況。

b）測(cè)試試驗(yàn)荷載作用下加固前橋梁測(cè)試斷面的撓度（變形）值及變形曲線。

c）觀測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中加固前橋梁測(cè)試裂縫的變化情況。

d）測(cè)試加固前橋梁的動(dòng)力特性。

5.2.2 加固后（體外預(yù)應(yīng)力、體外預(yù)應(yīng)力+碳纖維、鋼板）

a）測(cè)試試驗(yàn)荷載作用下加固后橋梁測(cè)試斷面的應(yīng)力（應(yīng)變）及其分布情況。

b）測(cè)試試驗(yàn)荷載作用下加固后橋梁測(cè)試斷面的撓度（變形）值及變形曲線。

c）觀測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中加固后橋梁測(cè)試裂縫的變化情況。

d）測(cè)試加固后橋梁的動(dòng)力特性。

6 試驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)論主要有以下幾點(diǎn)：

a）應(yīng)力結(jié)果 3種加固方法均能不同程度地提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能，其中當(dāng)僅采用體外束加固法時(shí)，截面下緣鋼筋應(yīng)力增量比加固前平均降低19%左右；當(dāng)采用體外預(yù)應(yīng)力鋼束+碳纖維加固法時(shí)，截面下緣鋼筋應(yīng)力增量比加固前降低40%左右；當(dāng)采用粘貼鋼板加固法時(shí)，截面下緣鋼筋應(yīng)力增量比加固前降低14%左右?？梢姴捎皿w外束+碳纖維布加固法時(shí)，對(duì)改善結(jié)構(gòu)下緣應(yīng)力狀況尤為明顯。

b）撓度分析結(jié)果 當(dāng)僅采用體外束加固法時(shí)，跨中截面的撓度增量比加固前平均降低21%左右；當(dāng)采用體外預(yù)應(yīng)力鋼束+碳纖維加固法時(shí)，跨中截面的撓度增量比加固前平均降低31%左右；當(dāng)采用粘貼鋼板加固法時(shí)，跨中截面的撓度增量比加固前平均降低6%左右；可見采用體外預(yù)應(yīng)力鋼束+碳纖維布加固法時(shí)，對(duì)提高結(jié)構(gòu)的剛度效果比較突出。

c）裂縫分析結(jié)果 當(dāng)僅采用體外束加固法時(shí)，跨中截面的裂縫寬度變化增量比加固前平均降低26%左右；當(dāng)采用體外預(yù)應(yīng)力鋼束+碳纖維布加固法時(shí)，跨中截面的裂縫寬度變化增量比加固前降低77%左右；當(dāng)采用粘貼鋼板加固法時(shí)，跨中截面的裂縫寬度變化增量比加固前降低36%左右?？梢姴捎皿w外預(yù)應(yīng)力鋼束+碳纖維布加固法時(shí)，對(duì)抑制結(jié)構(gòu)的裂縫開展效果較為顯著。

通過(guò)以上對(duì)3種加固方法的對(duì)比分析結(jié)果可以看出，體外束加固法、體外束+碳纖維布加固法及粘貼鋼板加固法均可提高結(jié)構(gòu)的承載能力、下緣受力性能、結(jié)構(gòu)剛度和抑制裂縫開展效果，其中以體外束+碳纖維布加固法效果最佳。

7 總結(jié)

主動(dòng)加固與被動(dòng)加固組合加固方法[2]（體外預(yù)應(yīng)力+碳纖維布加固法），不僅在提高截面強(qiáng)度、剛度、改善截面受力狀況、抑制裂縫開展等方面要明顯好于其他兩種方法，而且對(duì)橋梁的動(dòng)力性能改善也要優(yōu)于其他兩種方法，在今后類似橋梁結(jié)構(gòu)病害維修方案制定中有一定的借鑒作用。