某連續(xù)剛構(gòu)橋病害分析及加固方案
2010-09-19 來源：網(wǎng)絡(luò)
1.某連續(xù)剛構(gòu)橋工程概況
某橋?yàn)?5m+60m+90m+60m+35m一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土組合連續(xù)剛構(gòu)橋，全長280m，橋?qū)?2m。
上部結(jié)構(gòu)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(nèi)設(shè)置縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力，其中，縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束均采用符合ASTM．A416—90a標(biāo)準(zhǔn)的270級φj15.24低松弛高強(qiáng)鋼絞線，豎向預(yù)應(yīng)力鋼束采用75/100級高強(qiáng)精軋螺紋粗鋼筋。
下部結(jié)構(gòu)為兩個(gè)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(nèi)，底板下緣出現(xiàn)了數(shù)道橫向通縫。其中，合攏段內(nèi)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(nèi)各有三道裂縫，均已延伸到腹板內(nèi)，縫寬約0.2-0.5 mm，最大裂縫寬度達(dá)1.0 mm，已延伸至腹板的上承托。這些裂縫均表現(xiàn)為明顯的受彎開裂特征。
兩個(gè)次邊跨和中跨的合攏段兩端接縫處，均發(fā)現(xiàn)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(jīng)過對橋梁計(jì)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(tài)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(yīng)組合作用下，橋梁對抗彎和抗剪能力大幅降低，因此橋梁結(jié)構(gòu)的受力體系發(fā)生了改變，大部分截面出現(xiàn)了拉應(yīng)力，正截面抗裂性不滿足全預(yù)應(yīng)力混凝土的要求。由于底板下緣最大橫向裂縫出現(xiàn)在合攏段以外而非跨中，而且合攏段兩端接縫處出現(xiàn)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(jīng)處于非完全剛接的狀態(tài)。
2.2 橋梁抗剪問題
橋梁次邊跨、中跨在其四分點(diǎn)12.3 m范圍內(nèi)（5-7號塊），各跨的箱外腹板均出現(xiàn)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(nèi)腹板的開裂情況要比箱外嚴(yán)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(nèi)，都發(fā)生了大面積的腹板開裂現(xiàn)象。裂縫大致與水平線呈45°方向，最大裂縫寬度達(dá)到1.5 mm。
箱梁腹板開裂的區(qū)域是縱向預(yù)應(yīng)力束取消下彎束的區(qū)域，這些區(qū)域在設(shè)計(jì)中均設(shè)置了豎向預(yù)應(yīng)力筋。若豎向預(yù)應(yīng)力沒有起到相應(yīng)的作用，腹板混凝土將因?yàn)槌惺苓^大的主拉應(yīng)力而發(fā)生斜向開裂。在標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，截面的最大法向壓應(yīng)力發(fā)生在中跨跨中附近截面的上緣，已超出規(guī)范允許值；其余截面的法向壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求。斜截面最大主壓應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。在短期效應(yīng)組合作用下，從1/4跨至跨中斜截面抗裂性不滿足全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的要求。
2.3 橋梁跨中下?lián)蠁栴}
橋梁中跨跨中附近出現(xiàn)了較為明顯的下?lián)犀F(xiàn)象，下?lián)现禐?0.8 cm。通過外觀檢查，跨中撓度過大主要與超載車輛作用有關(guān)，同時(shí)也與跨中合攏段兩側(cè)接縫處非完全剛接狀況有關(guān)。下?lián)蠈?dǎo)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(fā)展。
2.4 橋梁其他問題
（1）頂板承托附近發(fā)現(xiàn)縱向裂縫。中跨合攏段內(nèi)沿橫向有四道縱向裂縫，間距2m左右，其中外側(cè)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(jìn)入次邊跨，一直到達(dá)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(yù)應(yīng)力束的布置吻合，因此推斷頂板縱向裂縫是由縱向預(yù)應(yīng)力束張拉引起。
?。?）墩頂橫隔板在過人洞的角隅處沿豎向發(fā)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(yán)重超載的情況下，由于橫隔板的空間效應(yīng)，產(chǎn)生了過大的橫向應(yīng)力，在角隅處應(yīng)力集中，從而在產(chǎn)生了豎向裂縫。
3.加固方案
3.1 裂縫灌漿封閉
對橋梁已產(chǎn)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(jìn)行化學(xué)灌漿處理，以防裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大及有害物質(zhì)的侵入，造成受力鋼筋的銹蝕，影響結(jié)構(gòu)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(nèi)設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力筋的方法提高結(jié)構(gòu)的正截面抗彎承載力，同時(shí)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(diào)可換式體外預(yù)應(yīng)力錨具，體外索所用的光面鋼絞線應(yīng)為符合美國ASTMA416—90A標(biāo)準(zhǔn)的高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線，其標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1860 MPa，環(huán)氧噴涂無粘結(jié)鋼絞線外加HDPE套管具有良好的抗侵蝕能力，能夠適應(yīng)具有嚴(yán)重侵蝕性的惡劣環(huán)境。
邊跨、次邊跨采用12φ815.24鋼索，配合相應(yīng)的張拉、錨固錨具，共設(shè)8束。中跨采用12φ815.24鋼索，設(shè)置8束。體外束控制張拉應(yīng)力為1116 MPa，為設(shè)計(jì)強(qiáng)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(yù)應(yīng)力失效、合攏段兩端連接剛度不足以及活載超載導(dǎo)致腹板產(chǎn)生大量斜裂縫的問題，從以下兩個(gè)方面對腹板進(jìn)行抗剪加固。
（1）腹板采用粘貼鋼板法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，抵抗主拉應(yīng)力，控制裂縫發(fā)展，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。
（2）施加體外預(yù)應(yīng)力。通過設(shè)置跨內(nèi)轉(zhuǎn)向肋，使體外索提供預(yù)剪力，從而增強(qiáng)腹板的抗主拉應(yīng)力能力。
3.4 提高合攏段連接剛度采用在合攏段兩側(cè)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?lián)喜糠轴槍蛄褐锌绨l(fā)生較大撓度的情況，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固以后，將跨中明顯下沉段的橋面鋪裝加厚11cm，以使下?lián)系臉蛎娉尸F(xiàn)水平狀態(tài)。加厚材料采用c50 鋼纖維防水混凝土。
4.結(jié)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(xiàng)長期、經(jīng)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(xué)的分析才能為加固方案的設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。同時(shí)本橋的加固方案針對橋梁病害采用了化學(xué)灌漿、粘貼鋼板、體外束加固、植筋加固等新技術(shù)、新材料、新工藝。為同類型橋梁加固提供了借鑒方法。
