新兴县公路局 广东新兴 527400
摘要：预制小箱梁桥作为主要承重的预应力混凝土连续箱梁结构，其病害问题影响桥梁的正常使用，威胁车辆的正常通行。因此，针对预制小箱梁的病害分析和加固技术具有重要的工程价值。本文结合实例，对某预制小箱梁桥病害进行了分析，并提出了有效的加固措施，以期为预制小箱梁桥加固提供参考。
关键词:预制小箱梁； 病害；加固方案
随着我国桥梁建设事业的蓬勃发展，桥梁的结构形式也更加丰富，其中预制小箱梁由于具有较大的截面抗扭强度、抗弯强度，并且兼有价格便宜、施工速度快的特点，因此在国内外得到了十分迅速的发展和广泛的应用。但由于设计上不完善、施工不当、超载车辆的影响再加上自身的老化和维护不够等原因，现有预制小箱梁桥已经大量存在病害。因此，预制小箱梁的病害分析和加固技术十分值得我们研究，以促进我国桥梁建设事业的发展。
1 工程概况
某高架桥，上部结构为6×25m＋7×25m＋6×25m先简支后连续部分预应力混凝土组合箱梁，桥梁全长480m、全宽25m，右偏角90°，主梁高度1.4m，未设中横隔板，下部结构为重力式桥台、扩大基础，双柱式桥墩、钻孔灌注桩基础。该公路通车运营5年后，沿线大量预应力混凝土组合箱梁在跨中区域出现腹板竖向、斜向裂缝，底板横裂缝等病害，为全面分析该类型桥梁病害，寻求有效的加固方法，应对其进行全面详细的预应力检测、荷载试验和有限元分析，再确定适宜该类型病害桥梁的加固措施
2 病害情况
2.1外观检测结果
（1）该桥主要病害为箱梁腹板的竖向或斜向八字形裂缝，裂缝大都位于跨中区域，裂缝长0.4～1.7m不等、宽度为0.06～0.4mm，取芯结果表明部分裂缝深度已贯穿整个腹板；第5跨、第8跨1、4号箱梁板底跨中部位出现横向缝，间距15～25cm、宽度为0.04～0.12mm，见图1。
（2）荷载
一期恒载。预制梁重力密度取γ＝26kN/m3。
二期恒载。湿接缝为50号混凝土，重力密度取26kN/m3（参与受力）；90mm厚40号混凝土桥面现浇层，重力密度取26kN/m3；90mm沥青混凝土铺装重力密度取24kN/m3；栏杆的荷载集度为17.26kN/m（两侧合计）。
活载:汽车－超20级、挂车－120级；汽车荷载冲击系数取0.15；地基及基础不均匀沉降为5mm；梯度温度:桥面板与其他部分的温差为±5℃。
3.2有限元计算模型
计算模型采用有限元程序Ansys建立4跨一联模型，选用实体单元（SOLID64）对混凝土梁进行建模[1]，选用线单元（LINK8）对钢绞线进行建模。
（1）加横隔板加固。在各跨箱梁跨中区域加30cm厚的横隔板，采用C50混凝土，分别按照加1，2，3道进行计算。
（2）加斜撑加固。在各跨箱梁跨中区域梁间加钢斜撑进行加固，钢斜撑采用H200×200×8，H150×150×7热扎型钢制作，分别按照加1，3，5道进行计算。
（3）加体外预应力加固。在箱梁底板及腹板外，每跨箱梁跨中5～20m范围，以间距10cm布置纵向预应力钢筋，通过锚固于箱梁上的角钢将其固定，喷注3cm厚聚合物砂浆，将预应力钢筋与被加固梁体粘结为一体。
（4）粘贴钢板加固。在箱梁腹板及底板外，粘贴厚度为10mm、宽25cm钢板，底面粘贴3条，箱梁两侧各粘贴2条，钢板条间距30cm，纵向布置在2.5～22.5m范围内。
（5）加大截面加固。在箱梁腹板外，全跨增大截面，截面增厚度10cm，并在腹板外侧靠近底板位置张拉纵向预应力。预应力筋采用Φs15.2钢绞线，箱梁每侧各布置2束，每束3根钢绞线，张拉控制应力为1395MPa。
（6）加大截面并增设2道横隔板。在箱梁腹板外，全跨增大截面，截面增厚度10cm，并补足原结构腹板的偏薄部分；在腹板外侧靠近底板位置张拉纵向预应力。
3.3加固前有限元分析结论
（1）设计荷载作用下箱梁截面应力值满足规范要求。
（2）经计算在箱梁内外温差及超载荷载作用下，跨中截面箱梁腹板产生较大主拉应力；若跨中区域腹板偏薄，出现箱梁内外温差较大和超载荷载作用下，箱梁极易产生竖向或斜向裂缝。
3.4加固后有限元分析结论
（1）加混凝土横隔板或加钢斜撑对降低活载产生的应力和位移有一定作用，加混凝土横隔板好于加钢斜撑[2]，根据优化计算结果，跨中加2道横隔板为宜，继续增加横隔板数量，应力及位移降低效果不明显。
（2）增加体外有粘结预应力能显著改善箱梁底板及腹板受力状况，但对梁体纵向刚度增加不大，截面极限抗弯承载力有所提高。
（3）粘贴钢板使截面极限抗弯承载能力显著提高，并对改善底板及腹板受力状况及增加桥梁纵向刚度起到一定作用。
（4）增大截面并张拉纵向预应力可显著改善底板及腹板受力状况，同时箱梁纵向刚度及截面极限抗弯承载能力显著提高。
（5）增大截面张拉纵向预应力同时增设横隔板较单独增大截面，底板及腹板受力状况得到进一步改善，箱梁承载能力及纵、横向刚度大幅度提高。
4 试行跨加固
4.1试行跨加固方案
将上行线第5跨和第8跨分别采用在底板粘贴钢板和预应力碳纤维板的形式作为试点先进行加固，加固后通过荷载试验验证加固效果（见表2），其试行跨的加固方案如下。
（1）对上行线第5跨部分预应力混凝土组合箱梁在底板上纵向粘贴钢板。
（2）对上行线第8跨部分预应力混凝土组合箱梁在底板锚固、粘贴预应力碳纤维板和钢板。
（3）对上行线第5跨和第8跨在部分预应力混凝土组合箱梁腹板间各增设3道钢横梁。
4.2试行跨加固后静载试验结论
试行跨加固后对该桥进行了静载试验，其主要结论如下。
（1）加固后该桥试验跨各片箱梁的实测挠度校验系数略大于1，梁体刚度不能达到原设计要求；但和加固前相比，整体刚度提升了20％左右。
（2）各片梁能较好地分配汽车荷载，表明试验跨横向联系构件工作状态良好。
（3）卸载后挠度基本能够恢复，表明结构整体目前仍处于弹性工作状态。
（4）裂缝在封闭后仍有较大变形量，封闭胶表面普遍出现反射出来的裂缝纹路。
（5）从挠度数据来看，2种加固方法对刚度的提升效果没有明显差异；从应变数据来看，采用预应力碳纤维板进行加固有效降低了应变幅值，效果更好一些。
5 全桥加固
5.1全桥加固方案
根据有限元分析结果，结合已试行的上行线第5跨和第8跨试行跨的加固效果，对该桥采取以下加固措施。
（1）对上行线第2～4跨、第9跨、第15～18跨，下行线第2～5跨、第8～12跨等病害相对较严重的桥跨在组合箱梁腹板两侧布设共4束3Φs15.2的体外预应力钢束加固，增加组合箱梁压应力储备，提高其刚度。
（2）对上行线第6跨、第7跨、第12跨，下行线第14跨等病害相对轻微的桥跨，在组合箱梁底板、腹板纵向粘贴钢板，恢复并提高组合箱梁的截面抗力及整体刚度。
（3）对全桥所有病害桥跨所在预应力混凝土组合箱梁腹板间各增设2道钢横梁来改善组合箱梁的横向联系和内力分配，增强桥跨的整体刚度。
5.2全桥加固后静载试验结论
全桥加固后对该桥进行了静载试验，其主要结论如下。
（1）加固后第6跨（粘贴钢板加固）挠度校验系数均不超过1.0，能够达到原设计要求；第4跨（体外预应力加固）挠度校验系数在1.0左右，但最大仅为1.07，说明该跨刚度在加固后已基本满足设计要求。
（2）卸载后挠度基本能够恢复，表明结构整体处于弹性工作状态。
（3）实测偏载系数略大于理论计算值，总体上各片梁能较好地分配汽车荷载，表明桥跨横向联系构件工作状态良好。
（4）由于第4、第6跨加固前病害程度存在显著差异，因此无法明显区分2种加固方法的优劣；体外预应力方法对第4跨的加固效果已通过本次试验得到验证，并且优于第5、第8跨所采用的加固方法，因此今后针对病害程度类似的桥跨仍是首选方法。
6 3次静载试验对比分析
加固前、试行跨加固后（底板粘贴钢板加固）和全桥加固后（体外预应力加固）的静载试验汇总结果见表3。其中加固前和底板粘贴钢板加固后的数据均为上行第5跨的数据，体外预应力加固后的数据为与上行第5跨具有类似程度病害的上行第4跨的数据。比较3次静载试验，结果如下。
（1）该桥加固前刚度削弱较大。
（2）只对底板采用粘贴钢板或预应力碳纤维板，在腹板间增设横隔梁加固，桥梁的刚度得到较大提高，但是仍然达不到原设计要求；底板采用粘贴钢板和预应力碳纤维板的2种加固方法对刚度的提升效果没有明显差异。
（3）对腹板采用体外预应力加固和增设横隔梁加固的方法对处治该类病害效果较好，刚度得到了显著提高，基本能满足原设计要求。
7 结束语
综上所述，桥梁是是各种交通要道的咽喉，桥梁的加固对保证交通顺畅起关键作用。然而在众多桥梁中，许多出现了不同程度的病害，满足不了现在猛增的交通需要。因此，在病害出现前，为预防这些病害应完善桥梁设计方案，施工阶段要严格执行。病害出现后，们要做的更加谨慎，要对其病害进行分析，并提出妥善的施工加固方案。从这两方面着手，才能更好地促进我国桥梁建设事业的发展。
参考文献
[1]赵兵伟.小箱梁结构桥梁施工技术探讨[J].工程建设与设计.2016（06）150-153+156.
[2]李华胜.预应力混凝土连续箱梁桥预制梁施工期预压荷载方案研究[J].湖南交通科技.2016（04）113-117.
论文作者:赵仕鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/8
标签：腹板论文; 预应力论文; 病害论文; 底板论文; 刚度论文; 截面论文; 横隔论文; 《基层建设》2017年第23期论文;