花地河大橋病害分析及加固措施
2017-11-13
橋梁作為道路交通的重要設(shè)施構(gòu)件,在運營過程中由于結(jié)構(gòu)的老化、養(yǎng)護的缺失以及車輛荷載的增加,出現(xiàn)了越來越多的病害,有些病害已經(jīng)影響到了橋梁的正常使用和結(jié)構(gòu)安全。近年來,橋梁病害加固越來越受到相關(guān)部門的重視。本文通過對實際工程病害的評定分析及對加固方案的探討,為大家提供相關(guān)橋梁病害的處理思路提供幫助。
1 工程概況
花地河大橋是廣州市環(huán)城高速公路上的一座高架橋,橋梁全長1084.55m,于1999年建成通車。上部結(jié)構(gòu)主要采用跨徑為25m、40m的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁,其中131#～142#跨為跨越東沙經(jīng)濟開發(fā)區(qū)地方規(guī)劃路,斜交30°,跨徑組合為(16.28+40.3+16.28)+(25.35+3×25.34)+(3×25.34+16.28)m,其中發(fā)生病害的結(jié)構(gòu)為16.28m跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土簡支異形箱梁。橋梁設(shè)計荷載等級:汽車-超20級;掛-120。
2 主要病害情況
2.1 箱室外部病害
根據(jù)外觀檢測結(jié)果,現(xiàn)澆異形箱梁整體狀態(tài)較差,底板局部出現(xiàn)細微裂縫;外腹板順橋向存在較多豎向裂縫,在底板與腹板現(xiàn)澆層分界處斷開,局部向底板延伸,腹板裂縫寬度一般為0.08mm～0.25mm;底板與腹板均存在水平脫層現(xiàn)象;梁體表面普遍存在蜂窩、麻面現(xiàn)象。從現(xiàn)狀觀察,大多數(shù)裂縫在施工階段已形成。
2.2 箱室內(nèi)部病害
根據(jù)對箱室內(nèi)腹板的現(xiàn)場觀測,發(fā)現(xiàn)異形箱梁箱內(nèi)腹板存在較多斜向裂縫(距支點5m～7m左右）,裂縫中間大兩端小,間距30cm～60cm左右,腹板裂縫寬度一般為0.05mm～0.30mm。
3 病害成因分析
3.1 從表象上分析
箱梁外部裂縫:根據(jù)檢測報告及現(xiàn)場觀測,異形箱梁底板局部出現(xiàn)的裂縫寬度較小,用目測很難觀測出裂縫的大小和位置;外側(cè)腹板裂縫均為豎向裂縫、未出現(xiàn)斜向抗剪裂縫。由于異形箱梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),從裂縫現(xiàn)狀及力學(xué)特征分析,底板裂縫應(yīng)為鋼筋混凝土正常受力裂縫,均小于設(shè)計值。同時,由于異形箱梁在施工時采用分層澆注法進行施工,而且分層部位在施工中處理不善,底板與腹板存在有明顯的水平脫層現(xiàn)象,由于水平脫層的存在,將腹板人為地分為上、下兩層,不能有效地發(fā)揮結(jié)構(gòu)整體的抗彎、抗剪作用,且易使腹板及底板鋼筋銹蝕,從而使異形箱梁的抗剪、抗彎能力降低,從現(xiàn)狀分析,外側(cè)腹板豎向裂縫應(yīng)為施工缺陷和收縮徐變所產(chǎn)生的裂縫。
箱梁內(nèi)部腹板裂縫:箱梁內(nèi)腹板支點附近出現(xiàn)較多斜向裂縫,部分已超過規(guī)范限值,根據(jù)裂縫的特征分析,此部分裂縫應(yīng)為結(jié)構(gòu)抗剪不足所產(chǎn)生的裂縫。
此外,環(huán)城高速是廣州市的主要交通干線,由于車輛超載情況的影響,使得最不利活載狀況已經(jīng)超過原設(shè)計,也是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的原因。
3.2 從結(jié)構(gòu)驗算上分析
由于異形箱梁較寬,采用空間梁格法進行計算(按85規(guī)范),關(guān)鍵截面驗算結(jié)果(見表1）。
計算結(jié)果表明:異形箱梁的撓度、跨中抗彎承載能力滿足規(guī)范要求,長邊縱梁抗裂能力雖不足,但與設(shè)計及規(guī)范值接近,與底板實際情況較吻合;長、短邊縱梁截面抗剪能力滿足要求,與外側(cè)腹板未出現(xiàn)斜向抗剪裂縫的實際情況吻合;1#～9#中縱梁距支點附近5m～8m范圍抗剪強度不足,與箱梁內(nèi)腹板實際出現(xiàn)的斜裂縫的情況吻合。
通過以上分析,病害表象與驗算結(jié)果基本相同。因此,可以認為,箱梁內(nèi)部腹板存在抗剪強度不足問題,屬結(jié)構(gòu)性病害,應(yīng)進行加固處理,除此之外的其它病害屬構(gòu)造性缺陷,應(yīng)進行修補處理。
4 加固處理措施
針對異形箱梁內(nèi)腹板抗剪強度不足,出現(xiàn)大量斜裂縫,致使結(jié)構(gòu)的整體性和剛度降低,不能滿足橋梁結(jié)構(gòu)正常使用,存在安全隱患,采取以下加固方案進行比選。
4.1 方案一(加厚腹板方案）
加厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土異形箱梁腹板厚度,提高抗剪承載能力,并在箱室內(nèi)底板處加設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束,提高異形箱梁的整體抗彎、抗剪承載能力及抗裂能力。
4.2 方案二(粘貼鋼板方案）
在異形箱梁腹板混凝土表面粘貼A3鋼板,提高抗剪承載能力;在異形箱梁長邊側(cè)底板混凝土表面粘貼A3鋼板,提高抗彎及抗裂能力。
4.3 方案三(新建方案）
拆除既有鋼筋混凝土異形箱梁及鋪裝橋面,架設(shè)預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁。
4.4 方案比選
通過綜合比選,方案一(加厚腹板方案）采用加厚腹板厚度,有針對性地提高腹板的抗剪承載能力,加厚部分混凝土采用自密實混凝土、并采用植筋方式與原腹板混凝土連接,加固效果可靠,且加厚腹板厚度后,提高了異形箱梁的整體剛度,對結(jié)果的整體受力也較為有利,加固費用相對較低。底板加設(shè)的體外預(yù)應(yīng)力鋼束可提高異形箱梁的抗彎、抗裂能力,與粘貼鋼板法的被動受力原理相比,體外預(yù)應(yīng)力的加固效果更安全、可靠。因此采用方案一(加厚腹板方案）。
5 加固設(shè)計
5.1 加固設(shè)計方案
將抗剪承載不足的腹板加厚20cm,在異形箱梁箱室內(nèi)底板處設(shè)45根7φ5體外預(yù)應(yīng)力鋼束。腹板加厚混凝土采用C40自密實混凝土,與原腹板混凝土采用植筋方式連接;體外預(yù)應(yīng)力鋼筋錨束于梁端。對異形箱梁所有裂縫采用化灌漿法進行封閉處理。
施工前,應(yīng)在箱梁跨中設(shè)置臨時排架支撐,對箱梁進行臨時頂升,臨時排架總支撐力按不小于2500kN進行設(shè)計。待加厚混凝土達到設(shè)計強度,體外預(yù)應(yīng)力張拉完成后,拆除臨時排架,使加厚混凝土和體外預(yù)應(yīng)力參與結(jié)構(gòu)受力。
5.2 加固后結(jié)構(gòu)驗算
經(jīng)過分析計算,通過增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束和加厚箱梁腹板,改善了結(jié)構(gòu)受力狀態(tài),提高結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪極限承載能力,增加了結(jié)構(gòu)的整體剛度,本加固方案安全可靠、施工可行、對行車影響相對較小。
6 結(jié)語
本橋根據(jù)上述方案進行加固后,橋梁使用效果良好,監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)異常不良狀況,達到了橋梁處理的設(shè)計目標。本橋的根據(jù)病害情況認真分析,通過結(jié)構(gòu)檢算提供理論依據(jù),確定合理的加固方案。加固方案施工簡單、加固效果良好,對同類橋梁的病害處理有較好的參考價值。
參考文獻
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