徐 平 秦連群

0 引言

隨著我省社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，公路交通運(yùn)輸量急劇增長(zhǎng)，超載車輛不斷增多;較早橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，已服役多年的舊橋開始出現(xiàn)許多的病害，針對(duì)簡(jiǎn)支梁橋的各種病因，選擇合理的、有效的加固方案，是保證今后橋梁結(jié)構(gòu)使用安全的可靠措施。

1 工程背景

金華某大橋工程于 1994年7月22日開工，1995年11月 20日竣工。橋梁中心樁號(hào)為K239+170，橋梁斜交，右偏角70°，左右兩幅總寬20.5m，全橋共設(shè)置五處伸縮縫，配跨(2×20+3×20+ 3×20+3×20+2×20)m，共13跨，橋梁全長(zhǎng)273.3m。

該橋上部為13孔 20m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板梁，板寬165.8 cm。跨中截面:梁高80 cm，底板、頂板、腹板厚均為10 cm，內(nèi)室總寬145.8 cm。端部截面:梁高由80 cm漸變?yōu)?0 cm，底板厚度漸變?yōu)?0 cm，漸變段長(zhǎng)100 cm。橫向連接采用小鉸縫，邊板外側(cè)不設(shè)置啟口。預(yù)應(yīng)力設(shè)置:單塊板設(shè)置三束 15-5，單根鋼絞線張拉噸位19.6 t，單端張拉，引伸量15.7 cm，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)為ASTM A 416-87a0.6-270級(jí)，錨具采用開封中原預(yù)應(yīng)力工藝研究所生產(chǎn)的 BM 15-5錨具。橋梁立面布置圖見圖1。

2 橋梁現(xiàn)狀主要病害

上部空心板梁存在多處裂縫，縱向裂縫最多，橫向裂縫處在跨中和支點(diǎn)附近，縱向裂縫和跨中裂縫均超過了規(guī)范限制值;橋面多處縱向裂縫、橫向開裂、凹陷等現(xiàn)象嚴(yán)重，橋面連續(xù)開裂;基礎(chǔ)有一定沖刷，墩柱有蜂窩麻面、局部水蝕，蓋梁受水侵害，外側(cè)擋塊處均有植物生長(zhǎng)、開裂現(xiàn)象。

根據(jù)橋梁檢測(cè)結(jié)果和該橋梁的使用情況及JTGH 11-2004公路橋涵養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范養(yǎng)護(hù)規(guī)范，武義江大橋技術(shù)狀況評(píng)定為四類，考慮到橋梁在荷載試驗(yàn)中，上部結(jié)構(gòu)單板力學(xué)性能較好，建議下一步對(duì)該橋進(jìn)行加固利用，但應(yīng)做好維修加固和重建上部結(jié)構(gòu)的利弊分析。

3 維修加固方案

采用Sap 2000中殼單元分別對(duì)加固前后一整跨的模型進(jìn)行計(jì)算。鉸縫用三個(gè)平動(dòng)剛度很大而不約束轉(zhuǎn)角的彈簧，加在空心板梁的側(cè)面;支座使用不約束轉(zhuǎn)角的彈簧來模擬，其下端節(jié)點(diǎn)全為固結(jié)。

本次計(jì)算中加固PC空心板采用三種方案:1)在空心板底部錨固小鋼箱梁;2)在空心板底部加體外橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋;3)在空心板縫隙中插8mm厚鋼板，在邊板兩側(cè)貼4mm厚鋼板。

計(jì)算撓度、縱向應(yīng)力和橫向應(yīng)力及板中的內(nèi)力情況時(shí)，根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》中的規(guī)定內(nèi)力按 1.2倍的恒載疊加 1.7倍的車道荷載進(jìn)行比較，應(yīng)力按 1倍的恒載疊加 0.7倍的車道荷載對(duì)比，車道布置簡(jiǎn)圖見圖 2。計(jì)算梁底橫向應(yīng)力時(shí)，為了算出更真實(shí)的結(jié)果，按公路Ⅱ級(jí)車道荷載中偏載的情況，加載方式為雙車道并疊加施工階段分析，考慮了施工階段中混凝土的收縮徐變以及鋼筋的應(yīng)力松弛。加固后重新鋪筑厚13 cm的混凝土橋面鋪裝和橋面連續(xù)。

不同加固方法計(jì)算結(jié)果對(duì)比:

1)方案一為在空心板底部錨固小鋼箱梁，小鋼箱梁尺寸為邊跨30 cm×20 cm，中跨30 cm×30 cm，鋼板采用8mm厚Q 235鋼板;邊跨小鋼箱梁錨固在邊板邊緣，中跨小鋼箱梁錨固在鉸縫中心線處，小鋼箱梁采用殼元計(jì)算(見圖3，圖4)。

2)加固空心板方案二為在整跨橋下加 9根體外橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋(見圖5)。

3)加固方案三是將 8mm厚鋼板插入到 6塊空心板的縫隙中，邊板外側(cè)再粘貼4mm厚的鋼板，鋼板采用殼元計(jì)算，鋼板與空心板用不約束平動(dòng)但約束轉(zhuǎn)動(dòng)的彈簧連接。

4)對(duì)比結(jié)果匯總:通過計(jì)算得出:各種情況下邊跨支座受力最大，未加固橋邊跨受力為 704.66 kN;加小鋼箱梁后邊跨受力為

735.25 kN;加體外橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋后邊跨受力為864.69 kN;加鋼板后邊跨受力為761.98 kN。端部截面極限抗剪承載力為353.6 kN，而按照《公路橋規(guī)》規(guī)定的截面最小尺寸限制條件計(jì)算的該截面的最大抗剪承載力為 447 kN，經(jīng)各種方法加固后剪力設(shè)計(jì)值仍遠(yuǎn)大于抗剪承載力值，說明抗剪嚴(yán)重不足。

4 結(jié)語

從上述的比較中可以看出，底部加小鋼箱梁和加體外橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋后橋梁的整體性都得到了一定的加強(qiáng)，加小鋼箱梁和加鋼板后各項(xiàng)內(nèi)力都有所降低，但腹板的剪切應(yīng)力都沒有達(dá)到預(yù)想的效果，通過支座反力可以看出空心板所受剪力沒有得到明顯改善。

以上加固效果都不佳的主要原因是:原結(jié)構(gòu)剛度較低，在過去的十多年間，由于混凝土收縮和徐變作用已經(jīng)產(chǎn)生了較大的變形和內(nèi)力，結(jié)構(gòu)加固后，加固材料僅對(duì)新增的荷載有效，即僅能在抵抗車道荷載時(shí)發(fā)揮作用，而車道荷載只占總荷載效應(yīng)的小部分。

另外，原結(jié)構(gòu)在過去十多年間因收縮和徐變產(chǎn)生的應(yīng)力和變形都比較大，如果以上結(jié)果屬實(shí)，那么混凝土早已出現(xiàn)橫向開裂，但至今卻并未發(fā)現(xiàn)原空心板有明顯的開裂跡象，這可能是由于在計(jì)算模型中忽略了普通鋼筋的作用所致。然而，到目前為止，計(jì)算中考慮普通鋼筋作用的模擬仍比較困難，項(xiàng)目組將從這方面入手，盡可能從計(jì)算上反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)現(xiàn)狀，如果再能輔以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果將會(huì)更加可靠。

[1] JTG D 60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2] JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] 姚玲森.橋梁工程[M].北京:人民交通出版社，1997.

[4] JTG D 62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 杜國(guó)華，毛昌時(shí)，司徒妙齡，等.橋梁結(jié)構(gòu)分析[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1994.