由于交通运输行业的快速发展，道路桥梁工程在投入使用之后，所面临的车辆荷载压力也越来越大。在早期所建成的桥梁工程中，大部分桥梁会由于车辆密度的增加和车辆吨位的增加，而且产生结构受损的问题。为了保证桥梁的使用安全性，需要采取有效的措施对这类桥梁进行加固处理，使桥梁的结构稳固性得到保障。对于存在病害问题的桥梁结构安全系数进行评估，对于那些可以通过加固处理，延长使用寿命的桥梁，需及时采取加固措施，提升桥梁结构的稳固性，保证交通运行安全。
一、工程概况
某高速公路特大桥于90年代建成通车，为装配式后张预应力梁式桥。单跨跨径有20、30、40ｍ不等，以150-250ｍ为一联，全桥共计20余联。单幅桥面横向布置有7片主梁。下部结构为柱式墩接钻孔灌注桩基础，首跨和尾跨桥台为框架式桥台，桩基础。根据对旧桥的结构评定，大桥主梁混凝土保护层薄弱，碳化深度过大，部分梁片底板出现不同程度的混凝土剥落和箍筋外露。梁体裂缝分布多而以正截面裂缝为主。而在盖梁、横隔板、桩顶等多处也检查到较为集中的裂缝分布情况，支座脱空，橡胶老化现象明显，结构传力体系受损严重。
二、病害分析
1、车辆荷载
在对该桥梁的实际运行情况进行分析，可以发现，产生桥梁病害问题的主要原因是桥梁在投入使用之后的很长一段时间内呈现出超负荷运行的状况。本次研究的桥梁投入使用至今已经超过30年，而在不断运行的过程中，其自身存在的病害问题也在不断增加。如果不能对这些病害问题进行有效改善，必定会对桥梁的运行安全造成较大影响。相关数据显示，早在2012年，该桥梁的车辆日通行数目已经达到四万辆以上。而在相关工程标准中，对一级公路桥梁的车辆通行量做出了一定的限制，平均日通行量在15000-30000辆为宜。而本次所研究的桥梁车辆日通行量明显超出了工程技术标准要求。车辆通行数量也远远超出了该桥梁在最初设计时的车辆通行标准，长期超负荷运行的情况下，必定会为桥梁结构带来很多病害问题。
2、主梁病害
主梁的病害出现在结构耐久性和结构承载力的两个方面。因早期混凝土机械化施工水平和混凝土制造工艺较为薄弱，施工质量导致的混凝土保护层厚度不均匀和环境稳定性较差的现象极为明显。环境的长期侵蚀直接导致的混凝土碳化引起混凝土的剥落和钢筋的锈胀现象。而对于后张法预应力结构，预应力钢筋或者锚具锈蚀的发生会对结构承载力带来毁灭性破坏。而在跨中位置附近，Ｔ梁马蹄及腹板产生较为密集的竖向、斜向裂缝及沿断面贯通裂缝。此类裂缝主要成因是梁体在荷载作用下承受较大弯拉效应，截面受拉区混凝土主拉应力超过混凝土抗拉允许值，进而出现可视裂缝的扩展。而在主梁支点附近，斜向裂缝成为梁体腹板主要裂缝类型分布类型。简支结构在支承位置附近主梁承受较大剪力作用，腹板抗剪钢筋所提供的抗剪承载力低于主拉应力时，亦会导致斜向剪裂缝的产生和沿45°方向发展。
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3、盖梁病害
盖梁的病害同主梁，亦分为耐久性损坏及承载力裂缝。承载力裂缝以竖直裂缝和斜向裂缝为主。成因同主梁，故不在赘叙。
4、支座病害
支座因年限过久而发生橡胶老化和变形能力降低的现象，承压钢板均出现不同程度的锈蚀。
三、针对存在病害桥梁的加固设计
在对病害桥梁的T梁结构系数进行分析之后，我们需要考虑到结构病害的分布状况，有针对性地采取加固措施。这次工程中，我们所选取的加固方式为增大截面方式提升结构强度和承载能力。另外，还可以对结构进行优化，使其横向联系和上部结构承载能力增强。对于未出现病害的结构部位，也需要采取适当的加固方式，使各个结构区域的性能平衡，以免在投入使用之后留下新的结构弱点。针对T梁横隔板进行加固作业，主要可以采取加厚横隔板或者粘贴钢板的方式，使桥梁结构的横向刚度得到有效提升。
凿除原有桥面铺装层并重新对接合面凿毛，梁顶面重新加铺双层钢筋网片。根据桥梁两侧工业及物流分布调查，结合交通荷载统计发现，桥梁左幅通行车辆轴载较右幅大。故对右幅４片Ｔ梁全部进行加固，而左幅未出现或将来出现裂缝概率较小的２片不进行加固作业。主梁底板和腹板的加固原则为封闭裂缝，并在外侧粘贴钢板进行加固。而对于主梁腹板可视裂缝宽度较大的梁片，采用增加体外预应力束的方式进行加固。
因桥梁横隔板截面较薄，横向刚度小，全桥承载力损坏呈现单梁裂缝集中现象。横向梁片间的裂缝数量分布相差较大。故加固设计中通过对全桥所有横隔板进行增大刚度法进行加固，以增大横隔板截面或者粘贴钢板加固等方式加强横向联系梁刚度，从而避免发生单梁受力现象。钢板材质采用６mm厚Q345qb桥梁钢结构材料，外露按施工规范进行防腐涂装。并对原有设计中的Ｔ梁横隔板中镂空的位置植入钢筋，浇筑结构混凝土。
下部结构盖梁检测结果中所发现的裂缝和钢筋锈胀现象，其成因同主梁病害，故采用与主梁加固原理同一的加固方式对盖梁进行加固处理。即对箍筋出现严重锈胀、混凝土保护层剥落的部位的混凝土凿除，再对已发生锈胀钢筋进行除锈处理，对因钢筋锈蚀严重的部位对钢筋进行补强处理，最后在外层浇筑环氧混凝土进行修补。对因承载能力储备不足而出现结构性裂缝的盖梁进行粘贴钢板的方式进行加固。
结语：某公路特大桥的加固设计工作基于大桥原有存档的设计文件、竣工资料及结构后期养护期间的有关单位对结构的检查、检测结果、试验报告以及现阶段的评估报告，参考相关设计规范对结构进行加固设计。后期通过有限元法对组合截面承载能力进行验算加固前后的主梁承载能力进行对比和校核，并结合现场试验有效判定加固后结构性能的稳定提升效果进行判定。经检测机构鉴定和业主方验收，大桥加固设计后符合现阶段交通量需求和交通功能定位，加固工作合理且有效。
参考文献：
[1]张红章.某预应力T梁桥加固设计及分析研究[J].三明学院学报,2017,34(4):75-82.
[2]刘瑜.浅析桥梁建设中预应力混凝土T梁施工技术[J].四川水泥,2017(5):38.
论文作者:王永海
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第2期
论文发表时间:2019/3/13
标签：裂缝论文; 桥梁论文; 结构论文; 病害论文; 混凝土论文; 横隔论文; 预应力论文; 《中国西部科技》2019年第2期论文;