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    連續鋼構橋病害分析及加固技術
    發布時間:2014-05-14
      1.某連續剛構橋工程概況
       某橋為35m+60m+90m+60m+35m一聯的預應力混凝土組合連續剛構橋,全長280m,橋寬12m。
       上部結構采用單箱室箱梁,箱梁采用50#混凝土,墩頂箱梁高度為5.0m,跨中高度2.0m,其間的梁高在縱橋向按2.0次拋物線變化。
       箱梁內設置縱、橫、豎三向預應力,其中,縱、橫向預應力鋼束均采用符合ASTM.A416—90a標準的270級φj15.24低松弛高強鋼絞線,豎向預應力鋼束采用75/100級高強精軋螺紋粗鋼筋。
       下部結構為兩個薄壁雙柱式墩,其截面尺寸為1.2×7.0m,縱向中心距4.8m。
       2.橋梁主要病害及病害分析
       2.1 橋梁縱向抗彎問題
       在距離中跨合攏段兩端各2m范圍內,底板下緣出現了數道橫向通縫。其中,合攏段內有三道橫向裂縫,寬度均小于0.1 mm。在合攏段兩端約2 m范圍內各有三道裂縫,均已延伸到腹板內,縫寬約0.2-0.5 mm,最大裂縫寬度達1.0 mm,已延伸至腹板的上承托。這些裂縫均表現為明顯的受彎開裂特征。
       兩個次邊跨和中跨的合攏段兩端接縫處,均發現了貫通底板直至腹板一半高度的橫向通縫,裂縫上寬下窄,寬度在0.2-1.5 mm之間,沿底板和腹板的厚度方向已完全貫穿通透
       經過對橋梁計算,邊跨跨中附近截面、次邊跨合攏段附近截面不能滿足抗彎承載能力極限狀態的要求,中跨跨中截面雖能滿足要求,但安全儲備很小。在短期效應組合作用下,橋梁對抗彎和抗剪能力大幅降低,因此橋梁結構的受力體系發生了改變,大部分截面出現了拉應力,正截面抗裂性不滿足全預應力混凝土的要求。由于底板下緣最大橫向裂縫出現在合攏段以外而非跨中,而且合攏段兩端接縫處出現了橫向通縫,說明跨中合攏段下緣雖然仍受拉,但已不是彎矩最大位置。由此推斷在合攏段兩端接縫處已經處于非完全剛接的狀態。
       2.2 橋梁抗剪問題
       橋梁次邊跨、中跨在其四分點12.3 m范圍內(5-7號塊),各跨的箱外腹板均出現了大量斜裂縫,裂縫寬度一般介于0.1-0.2 mm之間,且大致沿45°方向,最大裂縫寬度0.5 mm箱內腹板的開裂情況要比箱外嚴重得多。橋梁次邊跨、中跨的箱梁從5號塊開始到跨中范圍內,都發生了大面積的腹板開裂現象。裂縫大致與水平線呈45°方向,最大裂縫寬度達到1.5 mm。
       箱梁腹板開裂的區域是縱向預應力束取消下彎束的區域,這些區域在設計中均設置了豎向預應力筋。若豎向預應力沒有起到相應的作用,腹板混凝土將因為承受過大的主拉應力而發生斜向開裂。在標準組合作用下,截面的最大法向壓應力發生在中跨跨中附近截面的上緣,已超出規范允許值;其余截面的法向壓應力滿足規范要求。斜截面最大主壓應力均滿足規范要求。在短期效應組合作用下,從1/4跨至跨中斜截面抗裂性不滿足全預應力混凝土構件的要求。
       2.3 橋梁跨中下撓問題
       橋梁中跨跨中附近出現了較為明顯的下撓現象,下撓值為10.8 cm。通過外觀檢查,跨中撓度過大主要與超載車輛作用有關,同時也與跨中合攏段兩側接縫處非完全剛接狀況有關。下撓導致主梁跨中呈波浪狀,在車輛的振動和沖擊作用下,加速了橋梁跨中撓度的變形和發展。
       2.4 橋梁其他問題
       (1)頂板承托附近發現縱向裂縫。中跨合攏段內沿橫向有四道縱向裂縫,間距2m左右,其中外側的兩道裂縫(距離腹板約1.2 m)一直延伸到墩頂位置,并穿過墩頂進入次邊跨,一直到達次邊跨的合攏段端部。分析裂縫位置與合攏束及頂板縱向預應力束的布置吻合,因此推斷頂板縱向裂縫是由縱向預應力束張拉引起。
       (2)墩頂橫隔板在過人洞的角隅處沿豎向發生通透性的開裂,一直開裂至頂板,裂縫寬度約0.3 mm。分析該裂縫的成因是在目前嚴重超載的情況下,由于橫隔板的空間效應,產生了過大的橫向應力,在角隅處應力集中,從而在產生了豎向裂縫。
       3.加固方案
       3.1 裂縫灌漿封閉
       對橋梁已產生的受力裂縫,包括腹板斜裂縫、頂板縱向裂縫、墩頂橫隔梁裂縫等,均進行化學灌漿處理,以防裂縫進一步擴大及有害物質的侵入,造成受力鋼筋的銹蝕,影響結構安全。
       3.2 縱向抗彎加固
       針對原橋正截面抗彎承載力不足的問題,采用主動加固方案在箱內設置體外預應力筋的方法提高結構的正截面抗彎承載力,同時抵抗由于腹板、底板粘貼鋼板、中跨跨中范圍找平所增加的荷載。采用可調可換式體外預應力錨具,體外索所用的光面鋼絞線應為符合美國ASTMA416—90A標準的高強度、低松弛鋼絞線,其標準抗拉強度為1860 MPa,環氧噴涂無粘結鋼絞線外加HDPE套管具有良好的抗侵蝕能力,能夠適應具有嚴重侵蝕性的惡劣環境。
       邊跨、次邊跨采用12φ815.24鋼索,配合相應的張拉、錨固錨具,共設8束。中跨采用12φ815.24鋼索,設置8束。體外束控制張拉應力為1116 MPa,為設計強度的60%。
       3.3 腹板斜截面抗剪加固
       針對橋梁整體剛度下降、豎向預應力失效、合攏段兩端連接剛度不足以及活載超載導致腹板產生大量斜裂縫的問題,從以下兩個方面對腹板進行抗剪加固。
       (1)腹板采用粘貼鋼板法進行加固補強,抵抗主拉應力,控制裂縫發展,提高結構的耐久性。
       (2)施加體外預應力。通過設置跨內轉向肋,使體外索提供預剪力,從而增強腹板的抗主拉應力能力。
       3.4 提高合攏段連接剛度采用在合攏段兩側接縫處粘貼鋼板條的形式,提高合攏端的連接剛度。
       3.5 橋面下撓部分針對橋梁中跨發生較大撓度的情況,在對結構進行加固以后,將跨中明顯下沉段的橋面鋪裝加厚11cm,以使下撓的橋面呈現水平狀態。加厚材料采用c50 鋼纖維防水混凝土。
       4.結語
       隨著交通量的不斷增加和橋梁的不斷老化,橋梁維修、加固是一項長期、經常性的工作,因此,正確的分析橋梁病害的原因十分重要,科學的分析才能為加固方案的設計提供可靠依據。同時本橋的加固方案針對橋梁病害采用了化學灌漿、粘貼鋼板、體外束加固、植筋加固等新技術、新材料、新工藝。為同類型橋梁加固提供了借鑒方法。

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