王建華

公路橋梁中過(guò)渡墩由于承受主、引橋的共同作用，受彎矩和剪力作用較大，多采用截面高度較大的蓋梁，當(dāng)蓋梁跨高比在2.5和5.0之間時(shí)，便屬于深受彎構(gòu)件的短梁，但未進(jìn)入深梁范圍［1］。主橋的支座一般布置在過(guò)渡墩柱頂處，因此蓋梁內(nèi)力主要受引橋簡(jiǎn)支梁的活荷載作用的影響。本文便針對(duì)典型的深受彎蓋梁的裂縫進(jìn)行了分析，提出了可行的加固措施。

1 設(shè)計(jì)概況與病害介紹

1.1 蓋梁設(shè)計(jì)與施工概況

大橋主橋上部結(jié)構(gòu)為下承式系桿拱橋，引橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁橋。主墩為三柱框架式橋墩，墩柱為兩端圓端形，墩柱上方為蓋梁。蓋梁為長(zhǎng)18.5 m，寬2.5 m，高1.0 m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

1.2 蓋梁病害

主橋過(guò)渡墩蓋梁的負(fù)彎矩區(qū)域存在嚴(yán)重的豎向裂縫病害，裂縫寬度最大為0.5 mm。裂縫的長(zhǎng)度基本與蓋梁高度相同。該種豎向裂縫的性狀和分布具有共性。在蓋梁的底面還存在間距30 cm～50 cm的橫向裂縫，裂縫寬度小于0.1 mm，此外蓋梁存在下?lián)犀F(xiàn)象，中間底面較兩側(cè)支撐處底面低2 cm左右，病害見圖1。

2 病害原因分析

根據(jù)裂縫所處位置，裂縫寬度與深度可從兩方面對(duì)其分析:

一方面蓋梁裂縫所處的區(qū)域?yàn)檎?fù)彎矩較大的區(qū)域，因此需要對(duì)蓋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析，以評(píng)價(jià)蓋梁正常使用狀態(tài)下的承載能力。

另一方面由于施工蓋梁采用支架現(xiàn)澆的方法，而該蓋梁混凝土的澆筑量較大，施工時(shí)若支架預(yù)壓效果較差，可能引起跨中混凝土下?lián)?，墩柱較蓋梁的剛度大，約束了蓋梁的變形，引起蓋梁墩柱位置蓋梁頂部?jī)蓚?cè)開裂，并隨著荷載的作用而逐漸發(fā)展。

2.1 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算分析

主墩蓋梁同時(shí)承受主橋與引橋上部結(jié)構(gòu)的力作用，主橋的支座均放置于墩柱頂部，其作用力直接由墩柱承擔(dān)，因此蓋梁所承受的作用力主要為引橋上部結(jié)構(gòu)引起。

分析時(shí)，首先得出引橋在各種荷載組合作用下的支座反力，以確定蓋梁的受力情況。驗(yàn)算截面為蓋梁兩墩柱中間截面以及蓋梁在墩柱頂位置區(qū)域截面。

1)上部結(jié)構(gòu)恒載作用。上部結(jié)構(gòu)恒載與活載作用對(duì)蓋梁截面產(chǎn)生的內(nèi)力分別計(jì)算，上部結(jié)構(gòu)恒載的作用力通過(guò)支座傳給蓋梁，計(jì)算假設(shè)每片板梁下有一個(gè)支座，計(jì)算圖式見圖2。

2)上部結(jié)構(gòu)活載作用。a.計(jì)算各主梁橫向分布影響線。b.計(jì)算蓋梁中截面以及墩頂截面的彎矩和剪力影響線，查各主梁對(duì)應(yīng)位置的影響線數(shù)值。c.將各主梁橫向分布影響線分別放大η4i倍并對(duì)應(yīng)迭加［2］，即生成蓋梁中截面彎矩橫向分布影響線C4，j=∑Aij× η4i，如:C4，2= ∑Ai2× η4i=0.119 ×0.635+0.104 ×1.016+0.114 ×1.422+0.118 × 1.862+0.105 × 1.344+0.085 ×0.879+0.07 ×0.474+0.057 ×0.138 6+0.047 × (－0.118 2)+0.039 ×(－0.296 5)+0.032 × (－0.405 1)+0.027 × (－0.452 9)+0.024 × (－0.449)+0.021 × (－0.402 3)+0.019 ×(－0.321 8)+0.019 ×(－0.216 6)=0.789 7。蓋梁中截面彎矩橫向分布影響線見圖3。d.對(duì)蓋梁中截面彎矩橫向分布影響線用動(dòng)態(tài)規(guī)劃布載，取三車道時(shí)，其最大荷載橫向分布系數(shù)m4=1.485 3，三車道折減系數(shù)0.78，得 m4=1.485 3 ×0.78=1.158 5。而兩車道計(jì)算時(shí)該橫向分布系數(shù)為 m4=1.396 4。e.依上述a.～d.步驟算出蓋梁截面在支點(diǎn)處的橫向分布系數(shù)m4=1.131 7。

根據(jù)支點(diǎn)反力影響線和橫向分布系數(shù)沿縱向的變化，求出蓋梁中截面由上部結(jié)構(gòu)活載作用下的彎矩，并求出計(jì)算截面的剪力。通過(guò)內(nèi)力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

3)截面驗(yàn)算。計(jì)算得出蓋梁中間截面下緣出現(xiàn)裂縫，寬度為0.108 mm，而墩頂截面上緣出現(xiàn)裂縫寬度為0.157 mm，均滿足規(guī)范的要求。

2.2 施工階段支架沉降分析

蓋梁下?lián)犀F(xiàn)象明顯，考慮到施工支架的預(yù)壓不充分等原因可能引起蓋梁中部分下沉而產(chǎn)生裂縫。分析假定混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%～80%時(shí)，蓋梁中間區(qū)域支架下沉5 mm～15 mm，計(jì)算其對(duì)蓋梁的影響。

當(dāng)施工階段兩墩柱中間區(qū)域支架下沉5 mm～15 mm范圍時(shí)，中間截面將產(chǎn)生正彎矩，墩柱頂截面產(chǎn)生負(fù)彎矩，此時(shí)，中截面下緣和墩柱頂截面上緣的裂縫寬度較小，但拆除支架后，蓋梁在自重作用下引起的裂縫寬度增大，橋梁運(yùn)營(yíng)后，由上部結(jié)構(gòu)對(duì)蓋梁的作用又進(jìn)一步增大了裂縫寬度。事實(shí)上如果施工期裂縫出現(xiàn)后，蓋梁的耐久性會(huì)有所下降，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況可知，蓋梁處漏水現(xiàn)象明顯，更加劇了裂縫的發(fā)展，因此墩柱頂?shù)膶挾容^大。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與應(yīng)變測(cè)試

為檢測(cè)蓋梁裂縫在外荷載作用下是否繼續(xù)發(fā)展，對(duì)蓋梁裂縫區(qū)域進(jìn)行了混凝土應(yīng)變測(cè)試。

連續(xù)測(cè)試接近40 min，由測(cè)試結(jié)果可知，混凝土應(yīng)變變化較小，混凝土應(yīng)變最大在15 με～20 με，說(shuō)明在汽車荷載作用下，裂縫寬度變化較小，但其變化方向一直交替進(jìn)行，長(zhǎng)期作用必將使裂縫寬度增大。圖4給出了一跨裂縫處的應(yīng)變隨時(shí)間的變化。

4 結(jié)語(yǔ)

該過(guò)渡墩深受彎蓋梁在正常使用極限狀態(tài)下，中截面下緣和墩頂截面上緣裂縫寬度均滿足規(guī)范的要求。但考慮施工階段支架產(chǎn)生變形后的分析表明裂縫不滿足要求。此外在汽車荷載作用下，裂縫寬度一直在變化，長(zhǎng)期作用將使其不斷增大。維修加固時(shí)可以先對(duì)裂縫進(jìn)行封閉灌漿處理，然后在底面粘貼碳纖維布或鋼板，同時(shí)在墩柱和蓋梁交接處粘貼斜向鋼板以擴(kuò)大抗剪承載力。

［1］JTG D62-2004，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］.

［2］林燦文.公路蓋梁計(jì)算新方法［J］.建材與裝飾(下旬刊)，2007(7):353-354.