某立交橋裂縫分析及加固設(shè)計(jì)

胡麗妹HU Li-mei

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣州510060）

0 引言

橋梁結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)失效或損傷，經(jīng)評估不能滿足結(jié)構(gòu)安全或正常使用要求時(shí)，必須進(jìn)行加固。加固設(shè)計(jì)的內(nèi)容及范圍，應(yīng)根據(jù)評估結(jié)論和委托方提出的要求確定，可以包括整體橋梁，也可以是指定的區(qū)段或特定的構(gòu)件。建立既有橋梁維修、加固、重建的分析模型，選擇加固方案，以保證改造后的橋梁能安全運(yùn)營[2]。本文以某立交橋的加固設(shè)計(jì)為背景，對舊橋承載能力進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，分析裂縫原因，并給出加固設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

芳村大道東立交橋?yàn)殡p向六車道高架橋，道路等級為城市主干路。該橋設(shè)計(jì)荷載：城-A 級，竣工時(shí)間2009 年6月2 日。

橋梁總長為619m，上部結(jié)構(gòu)由左右兩幅組成，每幅橋均由3 聯(lián)連續(xù)梁組成，其中主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，引橋?yàn)槠胀ㄤ摻罨炷吝B續(xù)箱梁，跨徑組合為：（6×24）m+（38+54+38）m+（6×24）m。橋面采用瀝青混凝土鋪裝，寬度為24.5m；下部結(jié)構(gòu)為板式墩、直壁式現(xiàn)澆鋼筋砼橋臺、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

根據(jù)荷載試驗(yàn)，該橋結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)荷載作用下，撓度和應(yīng)變測點(diǎn)結(jié)果超出規(guī)范要求范圍，且產(chǎn)生了超過規(guī)范要求裂縫寬度限值的裂縫。該橋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及抗裂性不滿足城市-A 級設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)要求。（圖1、圖2）

圖1 右幅第1 跨腹板豎裂

圖2 左幅第1 跨腹板裂縫

2 現(xiàn)狀橋梁承載力復(fù)核

根據(jù)檢測報(bào)告，橋梁結(jié)構(gòu)病害主要集中在（6×24）m 現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁上，因此對（6×24）m 現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算，復(fù)核驗(yàn)算采用當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)采用的規(guī)范。（圖3）

圖3 （6×24）m 現(xiàn)澆普通鋼筋砼連續(xù)箱梁橫斷面（mm）

箱梁復(fù)核采用Midas Civil 2019 程序，采用平面桿系單元。模型簡圖如圖4。

圖4 Midas Civil 計(jì)算簡圖

通過計(jì)算，（6×24）m 現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁驗(yàn)算結(jié)果如表1、表2。

表1 正截面抗彎承載力及最大裂縫寬度驗(yàn)算

表2 斜截面抗剪承載力驗(yàn)算

通過表1、表2 可以得出，（6×24）m 現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁能夠滿足設(shè)計(jì)時(shí)所采用的規(guī)范要求。在中支點(diǎn)位置，截面頂板上緣裂縫寬度接近限值0.2mm，考慮施工誤差，出現(xiàn)病害的可能性很大。

3 維修加固方案

3.1 病害原因分析

根據(jù)檢測報(bào)告，現(xiàn)狀（6×24）m 現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁的裂縫形態(tài)及分布為：腹板在L/4~3L/4 范圍內(nèi)出現(xiàn)大量豎斜向裂縫，大部分裂縫均延伸至底板，少量延伸至翼緣板。由于跨中腹板出現(xiàn)裂縫，且只延伸至底板，底板未出現(xiàn)貫通橫向裂縫，裂縫形態(tài)與受彎型裂縫不一致。故采用ANSYS 實(shí)體有限元針對腹板豎向裂縫，邊跨跨中的應(yīng)力采用順橋向應(yīng)力，其中ANSYS 為Z 向應(yīng)力，同時(shí)與初等梁理論計(jì)算結(jié)果對比，并對主梁跨中按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的要求，依據(jù)檢測資料，進(jìn)行承載能力評定。

3.1.1 邊跨跨中應(yīng)力分析

ANSYS 的應(yīng)力較初等梁稍大，主要是箱梁剪力滯的原因。在ANSYS 計(jì)算結(jié)果中，邊跨跨中的順橋向應(yīng)力從底板至腹板逐漸減小。按照應(yīng)力分布圖，如邊跨跨中出現(xiàn)裂縫，裂縫應(yīng)首先出現(xiàn)在底板區(qū)域（各腹板處的底板位置），然后往腹板方向發(fā)展。而現(xiàn)狀橋的裂縫分布為邊腹板出現(xiàn)大量豎向裂縫，并延伸至底板，但中腹板處底板未見裂縫。由此可見現(xiàn)狀橋的實(shí)際裂縫形態(tài)并不是恒載+活載產(chǎn)生的受力型裂縫。

3.1.2 橋梁承載能力評定

由于現(xiàn)狀（6×24）m 現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁已出現(xiàn)病害，箱梁在L/4~3L/4 范圍腹板、底板出現(xiàn)裂縫，按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的要求，依據(jù)檢測資料，對引橋主梁跨中進(jìn)行承載能力評定。

通過表3 可以得出，按照《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》（JTG/T J21-2011）的要求，對現(xiàn)狀（6×24）m 現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁跨中進(jìn)行計(jì)算評定，在公路—I 級荷載作用下，跨中均能滿足承載力要求。

表3 抗彎承載力及最大裂縫寬度驗(yàn)算（考慮橋梁開裂）

圖5 加固工程平面分布圖

圖6 腹板粘貼鋼板立面圖

圖7 腹板粘貼鋼板斷面圖

3.2 總體加固方案

根據(jù)3.1 節(jié)病害原因分析，（6×24）m 現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁跨中腹板裂縫形態(tài)并不是恒載+活載產(chǎn)生的受力型裂縫，并且跨中的承載能力評定也滿足承載力要求。但24m 跨普通鋼筋混凝土連續(xù)箱梁腹板普遍存在大量裂縫，并且多數(shù)裂縫已超限，因此對腹板裂縫首先進(jìn)行裂縫封閉，再對腹板進(jìn)行粘貼鋼板加固防止裂縫進(jìn)一步開展。

粘貼鋼板加固法是以樹脂粘結(jié)或者錨栓將鋼板與混凝土結(jié)合共同受力的加固法，其施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結(jié)構(gòu)外觀和原有凈空無顯著影響。

粘貼鋼板法能直觀地提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力，施工技術(shù)操作簡單便捷，施工工藝成熟，工程質(zhì)量容易得到保證，所需費(fèi)用較經(jīng)濟(jì)，加固效果明顯。因此，上部結(jié)構(gòu)采用粘貼鋼板方案。

為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎能力，一般在構(gòu)件的受拉緣的表面粘貼鋼板，使鋼板與原結(jié)構(gòu)形成整體來受力，此時(shí)以鋼板與混凝土粘結(jié)處的混凝土局部抗剪切強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)。合理與安全的設(shè)計(jì)應(yīng)控制在鋼板發(fā)生屈服變形前，粘結(jié)處混凝土不出現(xiàn)剪切破壞。

對混凝土裂縫寬度＞0.15mm 的裂縫采用壓力灌注法修補(bǔ)。對于混凝土構(gòu)件上的裂縫，可用鋼絲刷或砂輪等工具，清除裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等污物，然后用高壓細(xì)水流沖洗裂縫內(nèi)部，用棉絲沾丙酮把沿裂縫兩側(cè)20～30mm 處擦洗干凈，再用干燥的熱風(fēng)或壓縮空氣吹干并保持干燥。

4 結(jié)論

本文以某立交橋的加固設(shè)計(jì)為背景，首先介紹了該橋的病害情況，對橋梁進(jìn)行承載能力復(fù)核，然后分析病害原因，給出了具體加固方案。本文的加固設(shè)計(jì)方法可為同類型問題提供有益的參考。