張治凱

（湖北交通職業(yè)技術學院湖北武漢　430079）

試論預應力混凝土連續(xù)梁橋維修與加固技術

張治凱

（湖北交通職業(yè)技術學院湖北武漢430079）

預應力混凝土連續(xù)梁橋的主要結構問題在于結構性的裂縫以及跨中下撓問題，該問題基本屬于永久性問題，且通常不具備彈性變形的性能，在原橋梁的結構狀態(tài)以及應力情況已經出現轉變時，需要嚴格監(jiān)控維修加固，保證安全高效的完成加固工作，進一步保證橋梁后期的正常使用，促進交通運輸的順利運行。

混凝土連續(xù)橋梁；預應力；維修加固

在我國運用最廣的公路橋梁為混凝土連續(xù)橋梁，這種橋梁能夠極大程度的適應我國的交通公路環(huán)境需求，且使用壽命長。而由于我國經濟環(huán)境的變化，交通運輸工具的快速發(fā)展，對前期建設的混凝土連續(xù)橋梁產生了較大的耗損情況，促使其發(fā)生了結構性裂縫以及跨中下撓等情況，為了保證橋梁工程的正常使用，業(yè)內人士開展了有關加固橋梁的研究課題，本文將根據筆者的多年經驗，對這一課題進行簡要的分析探討。

1　進行橋梁加固的基本原則

進行預應力混凝土連續(xù)橋梁的加固工作時，為了保證加固工作能夠準確順利的開展，主要需要遵守兩項基本原則。

1.1只加不減

所謂“只加不減”指的是，在進行橋梁的維修加固工作時，要保證不會因為加固而造成橋梁本體結構的破壞。加固所針對的是橋梁的結構性問題，針對此類問題，首先進行加固補強方案的設計，而對橋梁中的局部梁體問題，則可以使用鋼板黏合的方式，進行維修加固，既簡單又方便。

碳纖維復合材料是否能夠與橋梁的固有結構材料同時發(fā)生受力變形作用，對利用碳纖維復合材料進行橋梁結構的加固維修具有決定性的作用。一般的碳纖維板材具有E=1.6×105的彈性模量，其抗拉的強度可以達到2400MPa，若想將其抗拉強度進行有效的發(fā)揮，就需要受到1.7%的拉伸變形。而普通的鋼筋具有2×105的彈性模量，但其抗拉的強度可以達到300MPa，若想將其抗拉強度進行有效的發(fā)揮，就需要受到0.15%的拉伸變形.如果將兩種材質運用在統一工作環(huán)境中，將鋼筋的初始應變情況排除，當鋼筋發(fā)生屈服時，碳纖維符合材料的強度只占整抗拉強度的8.8%。通過預應力碳纖維板加固技術可以彌補這一問題[1]。

1.2全程監(jiān)控

當具有混凝土結構的箱體出現孔縫時，會相應的產生較大的下撓，且這些縫隙以及下撓大部分為永久性的，且不會發(fā)生彈性變形，因此發(fā)生這一情況，會使橋梁的應力分布、整體結構以及剛度等方面發(fā)生很大的變化。而在進行橋梁維修加固的計算時，并不能達到對橋梁結構的精準模型設計，往往實際的情況與理論數據存在有較大的差距[2]，因此，在開展橋梁的維修加固工作時，要對整體施工狀況進行實時的觀察及監(jiān)督，及時的根據實際情況進行理論數據的修改，從而到達防止施工產生新橋梁問題，確保橋梁結構安全調整的目的。

2　案例

位于湖北某地的預應力混凝土連續(xù)剛構橋，其跨徑為65m+ 115m+65m=245m；汽車荷載設計標準為公路——Ⅰ級；上部結構選用單箱單室箱梁截面，橋梁根部梁高5.8m；跨中梁高2.5m；梁底按2次拋物線變化，箱梁頂板厚25cm；箱梁底部懸臂根部的厚度為70cm，箱梁跨中底底板厚度為30cm，腹板厚度根部為70cm，跨中為40cm。

3　案例分析

3.1問題

此橋自建成通車共有10年，年久失修，具有較多的冰害問題，具體情況如下：

（1）與建成初期的數據相比，橋梁主跨的跨中部位出現下撓情況，跨中下撓10.3cm；

（2）在橋梁的箱梁腹板處，出現了斜裂縫情況，這種情況主要分布在邊跨為0.2～0.4L中跨為0.3～0.6L的部位，且以跨中為中間點，對稱分布，具有明顯的規(guī)律，部分裂縫的寬度已經大于相關規(guī)定中的限定值；

（3）在箱梁的頂板部位也出行縱向的裂縫情況；

（4）橋面部分具有明顯的凹坑、裂縫，且鋼護欄銹蝕嚴重，伸縮縫破損；

（5）支座位置銹蝕情況嚴重，有局部的變形脫落現象；

（6）其它還有鋼筋外露、預應力筋銹蝕等情況。

對此橋梁的問題狀況進行分析計算，且考慮到截面減弱4%，豎向預應力全損失以及縱向預應力的階段損失，可對其現有的結構得出以下結論，見表1。

由表1可以看出：

（1）該橋梁處于彈性受力狀態(tài)，可以滿足于規(guī)范要求的承載要求，由于其主梁以及跨中下撓的拉應力較強，為了恢復橋梁的剛度及承載能力，需對其進行加固維修；

（2）在此橋梁中所出現的裂縫，全屬受力裂隙，而由于各種問題，促使橋梁原有的結構遭到破壞，導致外觀以及質量上都有較大的影響，降低了橋梁的使用壽命，為使其能夠安全使用，需進行維修工作。

表1　橋梁結構計算表

綜合以上情況可以推斷出，在梁底出現橫向裂紋主要原因在于：由于該橋梁的箱梁部位將多根預應力筋錨固定在同一個平斷面中，但通過這一斷面的所有預應力筋與梁端固定所采用是單端張拉錨，由此就會造成大量預應力的損失，進而使斷面兩端的預應力產生明顯的差異性變化。這一變化在長期作用下會促使一部分的拉應力在齒板的外側產生。另一方面，由于橋身受到重載車使用的原因，會在重力的作用下產生超出混凝土最大抗大強度的拉應力，使橋面混凝土出現裂痕情況。

而梁底橫縫的產生不僅僅是對端梁以及橋面造成影響，與梁底對應的腹板部分也會產生斜裂的情況。腹板有一部分會由于梁內單端張拉產生的預應力束，出現大量的預應力損失情況，再加上重載車輛的頻繁使用，拉應力超出腹板承受范圍，出現斜裂現象。

除橫向裂縫外，在橋梁中還出現有縱向裂縫，出現這種情況主要是波紋管位置不正，橋體的混凝土保護層厚度不足，進而在發(fā)生張拉作用時，管道出現壓漿現象引發(fā)混凝土裂縫。又或者是在混凝土順鋼筋方向進行收縮作用時所產生的收縮裂縫。

3.2維修加固方案

（1）橋梁的體外預應力加固。將錨固塊以及轉向塊增添至橋梁箱梁的內部，且在橋梁的體外設置八束15～19的預應力束，在箱梁的腹板灌縫后部進行鋼板的粘貼工作，同時進行其他相關問題的處理。這種方案能夠極大程度的控制主應力，促進部分承載能力的恢復，但是預應力的傳遞效果以及抗剪效果較差[3]。

（2）加厚箱外的腹板，且安裝下彎束。將箱梁的腹板部位的外側加厚15cm，在加厚部位的內側，需要在每一面都設置五束具有15～16預應力的鋼絞線，同時進行其他相關問題的處理。這種方法，通過加大腹板的抵抗截面，使箱梁的抗剪能力加強，并且降低主拉應力，使預應力得到有效的傳遞，加大程度上恢復了橋梁的承載能力及剛度。

（3）加厚箱內腹板，且安裝下彎束。將箱梁的腹板部位的內加厚15cm，在加厚部位的內側，需要在每一面都設置五束具有15～ 16預應力的鋼絞線，同時進行其他相關問題的處理。這種方法，使用后的效果與第二種相同，能夠加大腹板的抵抗截面，提升箱梁的抗剪能力，但與方案2不同的是這種加固方法可以在箱內進行施工作業(yè)，所以施工安全及質量更高[4]。

根據三種加固方案的比較，可以發(fā)現第三種方案最符合進行該橋梁的加固維修工作，此方案不僅能夠改善該橋梁的整體受力結構和剛度，還能夠加強橋梁箱梁的抗剪性降低主拉應力，在滿足加固設計要求的同時，能夠保證施工作業(yè)的安全開展，促使橋梁的維修加固工作能夠高質量的完成。

運用方案3所需要用到的加固材料有：C50自密實福塔纖維混凝土材料作為加厚腹板位置的用材，15～16低松弛鋼絞線以及塑料波紋管作為橋體內預應力用材，15～12體外預應力束作為橋體外預應力用材。300g/m2的Ⅰ級碳纖維布作為箱梁頂板用材。Q235C作為鋼板用材。HRB335以及R235作為鋼筋用材。

4　結束語

綜上所述，準確的對橋梁的運行狀態(tài)進行分析，找出進行維修加固的主要訴求點，比如變形、撓度、裂縫、耐久等方面，根據不同的需求施展與之對應的加固措施，在本文中所提到的案例為典型的混凝土連續(xù)橋梁加固補強案例，其加固目的在于修整箱梁腹板的主拉應力裂縫。筆者根據多年的實踐經驗，提出了相關的解決方案，以期為業(yè)內人士提供參考作用，從而促進橋梁建設系統的快速發(fā)展。

[1]熊洪波，周德.體外預應力法在混凝土連續(xù)梁橋維修加固中的應用[J].華東公路，2010，02（04）：18～20.

[2]邵華英，劉旋云，周德.預應力混凝土連續(xù)梁橋維修加固技術的對比研究[J].中外公路，2010，03（16）：198～202.

[3]鮑衛(wèi)剛.預應力混凝土連續(xù)梁橋維修與加固技術[J].公路，2013，01（17）：13～18.

[4]李邦映.預應力混凝土連續(xù)梁橋病害分析及維修加固設計[J].工程與建設，2015，03（06）：334～336.

U445.7+2

A

1673-0038（2015）40-0298-02

2015-9-15

張治凱（1970-），男，湖北石首人，副教授、高級工程師，碩士研究生，從事道路與橋梁工程教學和研究工作。