特大橋加固分析

殷 武

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510006）

我國預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱形梁橋建好使用近四五十年，由于設(shè)計理論不成熟、施工技術(shù)有限、超負(fù)荷使用以及保養(yǎng)工作充分及時等原因，這些橋存現(xiàn)不同病害問題，為了防止裂縫進(jìn)一步的發(fā)展，延長其使用年限，本文通過建立橋梁成橋后的橫向模型，對橋梁結(jié)構(gòu)特別是梁底部分的應(yīng)力分布進(jìn)行模擬，同時考慮現(xiàn)場檢查的裂縫分布分布情況，對該橋梁底部分的縱向裂縫形成原因進(jìn)行分析，給出避免出現(xiàn)這些裂縫的幾點建議，及采取加固方式的合理性。

1 橋梁加固

該特大橋主橋為四跨預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，兩次橋梁表觀檢查結(jié)果表明該橋的病害程度非常嚴(yán)重，對比左右幅橋施工接縫開裂的嚴(yán)重程度可知，同時監(jiān)測車輛通過情況，通過該橋梁車輛梁較大、其中超重車（200噸以上）較多的右幅橋在梁底部分出現(xiàn)較多的裂縫，說明超載對結(jié)構(gòu)病害的有直接的影響。

基于橋梁本身結(jié)構(gòu)，采取體外預(yù)應(yīng)力加固為主，及三種加固技術(shù)輔助，體外預(yù)應(yīng)力加固-在全橋四跨布置體外預(yù)應(yīng)力鋼束，采用兩端張拉的31-7Φ5鋼絞線體外束，以中間主墩為分界左右兩幅各布置8束；三種加固技術(shù)-粘貼鋼板法，采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑將鋼板在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的受拉緣或薄弱部位；增大截面加固法，中跨梁端腹板外側(cè)、邊跨腹板開裂區(qū)域外側(cè)采用混凝土增加腹板厚度；裂縫處治，裂縫寬度在0.13mm以上，采用低壓壓注專用裂縫灌注膠壓膠處理；裂縫寬度在0.13mm以內(nèi)，采用環(huán)氧膠泥封閉。

2 建立有限元分析模型

采用MIDAS 軟件建模對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，離散為200 個平面桿系單元組建模型，考慮不同階段結(jié)構(gòu)受力荷載存在較大區(qū)別，采取5 個施工階段，分別為： T 構(gòu)施工階段、現(xiàn)澆施工階段，中跨合攏階段、邊跨合攏階段、施工結(jié)束階段，在極限狀態(tài)下的模型上部結(jié)構(gòu)箱梁離散為1-162 號單元，下部結(jié)構(gòu)橋墩離散為163-200 號單元。

2.1 極限承載能力下橋梁強度分析

在承載能力極限狀態(tài)下，采取MIDAS 軟件分析，獲取能夠驗證橋梁安全穩(wěn)定性可靠指標(biāo)的彎矩和剪力包絡(luò)圖，其橋梁上部結(jié)構(gòu)截面彎矩和剪力包絡(luò)圖如圖1和圖2所示。

圖1 承載能力極限狀態(tài)—彎矩包絡(luò)圖（ mkN· ）

圖2 承載能力極限狀態(tài)—剪力包絡(luò)圖（kN ）

從圖1-2 可見，在承載能力極限狀態(tài)下，橋梁截面承載力滿足承載要求，顯然能確定在極限狀態(tài)下，橋梁是處于安全狀態(tài)。至于持久狀況的應(yīng)力驗算 ，橋梁上部結(jié)構(gòu)為持久狀況設(shè)計的預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，當(dāng)在使用階段，需要計算正截面混凝土法向應(yīng)力和斜截面的主拉壓應(yīng)力，能夠直接的獲取混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用階段的應(yīng)力狀態(tài)情況，其具體的應(yīng)力分布如圖4-5。

圖3 正常使用組合—正應(yīng)力分布

圖4 正常使用組合—最大主拉應(yīng)力分布

3 結(jié)論及建議

1、從模擬應(yīng)力分布圖可知，在正截面抗裂性模擬驗算中荷載短期效應(yīng)組合時，橋梁上緣部分的最大拉應(yīng)力為-1.24MPa，較規(guī)范要求的-1.855MPa 小，橋梁兩端位置的拉應(yīng)力較其他支座位置處的小，表明預(yù)應(yīng)力加固的方式能很好的提高梁底應(yīng)力大小，改善橋梁承載能力。

2、在持久狀況的法向壓應(yīng)力驗算時，最大壓應(yīng)力邊跨和中跨分別為17.31MPa和15.03MPa，均未超過規(guī)范要求的19.44 MPa。滿足規(guī)范要求。

3、基于上部模擬分析，通過模擬預(yù)應(yīng)力加固和三種加固方式的結(jié)合，能較大的提高梁底抗拉應(yīng)力和正應(yīng)力，這樣必然能進(jìn)一步的 抑制梁底裂縫的展開，顯然對該橋進(jìn)行加固是有必要的。

4、有限元模擬存在其不足之處，考慮到實際的施工情況較軟件模擬存在一定的誤差和施工手段的缺陷，MADIS 模擬并不能很好的實現(xiàn)該類缺陷和誤差，同時，橋梁的裂縫分布和發(fā)展，還有橋梁上下部分的鋼筋銹蝕都會對橋梁的承載存在損失，那么軟件模擬并不能真實的反饋橋梁荷載分布，通過結(jié)論，可以知道橋梁補強在一定的程度上能夠加強橋梁的整體的承載能力，具體的使用期限需要結(jié)合橋梁所處自然環(huán)境，交通情況等綜合考慮。