某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋承載力評定與加固方案研究

武加恒

【摘 要】橋梁在實際應(yīng)用過程中不可避免的會產(chǎn)生各種病害，進(jìn)而降低橋梁的實際承載能力，影響橋梁的適應(yīng)性。橋梁承載能力評定是橋梁適應(yīng)性評定的重要內(nèi)容，是保證橋梁安全的重要評定指標(biāo)之一。文中詳細(xì)地介紹了進(jìn)行橋梁承載力評定的理論方法與評定過程，并且結(jié)合背景實例，進(jìn)行了承載力評定以及加固方案研究，為以后橋梁提供參考。

【關(guān)鍵詞】承載力；評定；加固

中圖分類號： U445.72；U446 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0009-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.003

【Abstract】Bridges will produce a variety of diseases inevitably in the actual application， which reduces the actual carrying capacity of the bridge thereby and affects the adaptability of bridges. Carrying assessment is an important index of the bridge suitability assessment and it ensures the safety of the bridge. The article introduces the theoretical methods and assessment process of the carrying capacity. Besides， it combines the backgrounds of one example， doing researches on the carrying capacity assessment and strengthening research， and which provides reference for the future bridges.

【Key words】Carrying Capacity； Assessment； Strengthening

隨著近年來經(jīng)濟(jì)水平的提高，公路交通事業(yè)也得到了很快發(fā)展，但目前我國橋梁總體技術(shù)狀況不容樂觀。據(jù)統(tǒng)計，2010年，國省縣道路危橋18，689座，720，920延米，荷載等級較低（汽-20級以下）的數(shù)量眾多。隨著時間的推移，材質(zhì)的老化以及交通量的變化，高速公路橋梁也依次進(jìn)入了病害多發(fā)時期，尤其在橋梁承載能力等關(guān)系到橋梁安全運(yùn)營方面存在著不可忽視的問題與隱患，因此，開展橋梁承載力評定與加固方案的研究工作迫在眉睫。

1 橋梁概況

該橋建于1959年，上部結(jié)構(gòu)為拱形梁與墩柱剛接，下部采用樁基接擴(kuò)大基礎(chǔ)。橋跨布置如圖1所示。由于年久失修，多處出現(xiàn)鋼筋銹蝕、裂縫、混凝土剝落等情況。此外，設(shè)計荷載不明等情況致使該橋存在著較大的安全隱患。因此，必須對此橋進(jìn)行檢測，評價其在運(yùn)營荷載作用下的工作性能。

2 橋梁承載力評定

根據(jù)詳細(xì)檢測和荷載試驗的結(jié)果對本橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、檢算和承載能力評估。計算分析包括對橋梁原設(shè)計的承載能力和使用性能的復(fù)核以及結(jié)合詳細(xì)檢測和荷載試驗結(jié)果考慮舊橋承載能力評定的各項系數(shù)的驗算，并進(jìn)行橋梁適應(yīng)性分析。評定流程如圖2所示。

2.1 無損檢測

無損檢測的目的為測試該橋主體結(jié)構(gòu)混凝土退化程度及目前結(jié)構(gòu)的耐久性能，主要包括以下內(nèi)容：

混凝土強(qiáng)度、混凝土碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度。

2.1.1 混凝土強(qiáng)度

本次現(xiàn)場采用無損回彈法對該橋主體承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測?，F(xiàn)場檢測結(jié)果：該橋拱形梁混凝土推定值約為20.0MPa；墩柱混凝土強(qiáng)度推定值約為25.0MPa，可以滿足強(qiáng)度設(shè)計要求。

2.1.2 混凝土碳化深度

混凝土碳化深度檢測主要是對結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行評價，并間接評價鋼筋的銹蝕狀況。本次橋梁混凝土構(gòu)件的碳化深度測試結(jié)果如下：（1）拱形梁的混凝土碳化深度已超過45.0mm；（2）墩柱的混凝土碳化深度已超過45.0mm；

2.1.3 鋼筋保護(hù)層厚度

現(xiàn)場檢測結(jié)果：該橋主體結(jié)構(gòu)拱形梁的保護(hù)層約為25mm左右，墩柱的保護(hù)層厚度約為30mm左右。

2.1.4 無損檢測小結(jié)

本次抽檢該橋上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件的混凝土推定強(qiáng)度可滿足設(shè)計要求；

目前該橋主體承重構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度可以滿足設(shè)計要求。但由于混凝土密實性差，碳化深度大，排水系統(tǒng)損傷等原因致使目前該橋主體承重構(gòu)件混凝土保護(hù)層對構(gòu)件內(nèi)鋼筋的銹蝕已不能起到有效的抑制作用。

2.2 外觀檢查

對橋梁的外觀狀態(tài)進(jìn)行全面檢查，本橋橋面系及上下部結(jié)構(gòu)病害照分別如圖3～圖4所示。

2.2.1 外觀檢測小結(jié)

（1）橋面系檢測結(jié)果

橋頭橫向貫通裂縫、護(hù)欄底部局部開裂、人行道局部破損。目前橋面系損傷對橋梁結(jié)構(gòu)的承載力及使用安全不會造成影響。

（2）上、下部結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果

拱形梁、墩柱鋼筋銹脹導(dǎo)致混凝土開裂剝落，梁體間橫向連接板部分存在滲水泛堿現(xiàn)象，個別梁體存在豎向非受力裂縫。目前，上、下部結(jié)構(gòu)損傷雖主要為非結(jié)構(gòu)性損傷，但橋梁主要受力構(gòu)件鋼筋銹脹、混凝土開裂情況較嚴(yán)重，已較大程度的削弱了構(gòu)件的有效截面，降低了承載能力，需要進(jìn)一步做荷載試驗進(jìn)行使用性能評定。

2.3 橋梁結(jié)構(gòu)驗算

為了保證橋梁靜載試驗安全有序的進(jìn)行，需要對該橋梁整體建模分析，利用橋梁現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)尺寸、材料等信息，對橋梁的受力性能、狀況以及安全可靠性進(jìn)行分析，并為橋梁靜載試驗的方案設(shè)計提供可靠的參考與依據(jù)。

計算分析主要包括以下兩個部分：理論計算、模型計算。

2.3.1 理論計算

2.3.2 模型建立

通過對履帶-50、掛車-80、掛車-100、掛車-120四種不同車輛荷載進(jìn)行布載分析，可發(fā)現(xiàn)在驗算荷載掛車-100的作用下，模型計算所得主梁所受彎矩與主梁極限狀態(tài)抗彎承載力理論值最為接近，可達(dá)到較理想的加載效果。掛車-100車輛荷載作用下模型計算所得結(jié)果如表1所示：

綜上，靜載試驗中加載車輛按照汽-20、掛-100標(biāo)準(zhǔn)車輛荷載進(jìn)行參考選取最大35t加載車進(jìn)行加載。

2.4 荷載試驗及結(jié)果分析

靜力加載試驗主要通過高精度水準(zhǔn)儀測量橋梁在車輛荷載作用下的撓度，在上述荷載布置方案下，跨中撓度最大，主要測量L2、L4、L6的跨中撓度，對于撓度最大的對應(yīng)位置，還需測量該位置縱向線上的其它測點(diǎn)撓度值。

2.4.1 動載試驗結(jié)果分析

動載試驗主要測定了測試跨的結(jié)構(gòu)自振特性，此次試驗測試并分析該橋梁在空載作用下的自振頻率，包括垂直振動和水平振動。

表明目前雖然主梁由于耐久性損傷導(dǎo)致承載力有一定程度的降低，但由于拱梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)澆橋梁的整體性特點(diǎn)保證了目前橋梁仍能提供相應(yīng)的剛度及較好的穩(wěn)定性。

2.5 橋梁檢測總結(jié)

綜合現(xiàn)場檢測、荷載試驗結(jié)果，該橋由于拱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及現(xiàn)澆橋梁的整體性特點(diǎn)橋梁的整體剛度在目前狀況下尚可滿足要求。但橋梁主梁存在較為嚴(yán)重的銹脹等耐久性損傷，使得主梁的承載力有一定程度的降低，安全儲備偏低，在重載社會車輛荷載作用下存在較大的安全隱患。故建議對主梁進(jìn)行專項加固。

3 橋梁加固方案

橋梁主體結(jié)構(gòu)加固方案主要包括以下幾種：擴(kuò)大截面法；體外預(yù)應(yīng)力法；組合結(jié)構(gòu)法。

3.1 擴(kuò)大截面法

在原主梁的周圍澆筑一層15cm厚的鋼筋混凝土，通過植筋、鑿毛等措施與原混凝土連接，使二者共同受力。

3.2 體外預(yù)應(yīng)力法

在L2、L3、L5、L6梁的位置上各安置一根預(yù)應(yīng)力鋼絞線。鋼絞線采用1860MPa高強(qiáng)鋼束，公稱直徑4.2cm，，初始預(yù)應(yīng)力值為1300MPa，預(yù)應(yīng)力鋼絞線通過橫梁轉(zhuǎn)向。

3.3 組合結(jié)構(gòu)法

在原主梁的周圍澆筑一層10cm厚的混凝土，通過植筋、鑿毛等措施與原混凝土連接，槽型鋼板厚1cm，采用栓釘與混凝土連接。各方法結(jié)果如下：

3.4 分析結(jié)論

（1）四種加固方法對橋梁撓度的減小都有效果都非常明顯；

（2）增大截面與組合結(jié)構(gòu)相比剛度增大效果基本相同，但是材料用量多；

（3）體外預(yù)應(yīng)力法主要減少橫向裂縫，本橋主要為縱向裂縫，對其耐久性提高作用不大，并且在其減小中跨撓度同時，增大了兩側(cè)撓度；

（4）組合結(jié)構(gòu)2與組合結(jié)構(gòu)1相比，對橋下凈空影響小，剛度增加小，共同受力能力不如組合結(jié)構(gòu)1，由于本橋?qū)蛳聝艨找蟛桓?，總體而言，組合結(jié)構(gòu)1優(yōu)于組合結(jié)構(gòu)2；

綜合以上對比分析，最終建議選擇的加固方案為組合結(jié)構(gòu)1。

【參考文獻(xiàn)】

[1]姚國文.橋梁檢測與加固技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2014：1-321.

[2]張俊平，姚玲森.橋梁檢測[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]張勁泉.公路舊橋檢測評定與加固技術(shù)研究及應(yīng)用.北京：交通部公路科學(xué)研究院，2005.

[4]孫強(qiáng).損傷結(jié)構(gòu)橋梁極限承載力分析與加固研究[D].大連理工大學(xué)，2011.

[5]張樹仁，王宗林.橋梁病害診斷與改造加固設(shè)計.北京：人民交通出版社，2006.

[6]杜朝偉.在役橋梁結(jié)構(gòu)檢測鑒定與加固技術(shù)[M].黃河水利出版社，2013.

[7]原國華.在役石拱橋技術(shù)狀況及承載力評價.2014.