吴家志
（深圳市路桥建设集团有限公司，广东，深圳，518024）
【摘 要】预应力混凝土连续梁弯桥在长期的投入运营后，随着时间的推移，其部分桥梁中间可能会出现桥身主跨下挠，桥体内部构造纵向断裂，桥中跨底板横向开裂，腹部出现裂缝的一系列危害现象，影响桥体本身结构的稳定性和实用性，给人们的安全带来一定的内在隐患，文章结合深圳市罗湖区爱国高架桥作为预应力混凝土连续梁弯桥进行病害处置和加固，避免了桥梁安全事故的发生的成功经验，通过对预应力混凝土连续梁弯桥主要病害成因以及维修加固的方法进行设计和说明，结合2015年6月19日发生的粤赣高速城南互通CK0+224.5匝道桥梁发生断裂，桥梁瞬间断裂并垮塌，4辆重载货车掉落，当场造成1人死亡、4人受伤的事故教训，采用事故所在的粤赣高速中河源互通桥构造作为主要研究对象来分析预应力混凝土连续梁弯桥病害的加固计算分析。
【关键词】混凝土连续梁弯桥；病害加固；计算分析
引言
随着当前我国交通规模的发展，预应力混凝土连续梁弯桥在各种建桥材料中以其施工方便快捷、工程性价比和易于保养的特点被当前大多数桥梁建筑公司所应用，尤其是上个世纪末期，基本上所有的桥梁公司在对桥梁选择的过程中都采用的是预应力混凝土连续梁弯桥的修建体系。但是，当桥梁运营若干年后，部分桥梁由于建造过程中材料的特性以及环境的影响出现了一系列的病害，这给桥梁正常的运营带来一定的安全隐患，只有通过正确的分析和计算，才能更加准确的判断出合理的桥梁病害加固方法。
一、工程概况
粤赣高速公路河源互通桥梁总长约380米，桥宽10米，墩位19个，每个孔跨布置不同，每个孔跨之间采用预应力混凝土连续箱梁，连续梁梁高约为1.4米，顶板厚度约为25毫米，底板厚度约为20毫米，腹板设置为直腹板，跨中腹板厚度约为50毫米，支点腹板厚度约为70毫米，单箱单室，箱底宽度约为5米。桥体两侧悬臂平均约为2.5米。该桥在2005年基本竣工，经历了四个月的高温天气后，发现其连续梁内部出现了扭曲现象，现对该桥进行观测，发现其连续梁内外侧都出现了不同程度的变形情况，并且内部支座部分有脱空，整个梁体本身基本上以梁为轴心，外沉内翘。
二、预应力混凝土连续梁弯桥病害计算分析
2.1小半径连续梁弯桥的结构特性
不同的路段需要用到的桥梁构造也不同，在山区地带，由于盘山路段弯曲现象普遍，所以对于小半径连续梁弯桥的使用也十分频繁，对于小半径混凝土连续梁弯桥，由于弯扭耦合以及空间的受力特性，不同的荷载对于直桥和弯桥的要求也不一样，在桥面上部负载相同的情况下，弯桥所要承受的来自外界的压力除了桥上的负载之外，还有来自压力所带给桥体的弯拉强度，采用合理构造和约束，来避免箱梁发生扭转、侧移和变形等一系列危害现象，对于小半径连续梁弯桥的设计和施工是非常重要的一点。
如果桥梁底部支座在温度以及应力的作用下发生变形或者脱空，很有可能会发生桥体下沉现象，这对于弯桥的安全性和稳定性是十分致命的。
2.2三维模型的建立
针对粤赣高速公路预应力混凝土连续梁弯桥所出现的病害问题进行三维立体模型的建立，并根据模型来对其进行分析。如下图（1）所示：
图（1）三维空间桥体模型
建立三维模型分析时一定要完全按照力学的性质来设计，计算分析应力的过程要结合工程施工的实际情况，要考虑按浇筑主梁砼，预应力钢束张拉，施工防撞墙桥面铺装以及投入使用运行阶段。计算的参数主要为预应力锚固体系，采用两端强拉。同时在计算的过程中，还应该考虑到一些敏感因素，避免出现计算错误，例如，要考虑到桥体自身的重量以及后期恒载在内外圆弧的差异；模拟支座对于圆弧内外的约束情况；模拟支撑轴承对于主心骨的轴心距；应力对于三维空间的作用效果；整体的温差效应。
2.3结构对比分析
根据数据的计算结果分析可以得到，支座脱空和梁体产生扭曲的主要原因是预加力和预板升温。
梁体的两边边缘区域由于温度差异会发生扭曲变形，直接表现为支座脱空；预加力的不稳定和径向分量对梁造成的扭转力，钢束上任意部位上的预加力的径向分力都会影响到整体结构的重心，原结构在载体的作用下挥发上梁体的扭曲变形，为了确保桥梁在投入运行后的安全稳定，需要对其进行进一步的加固处理。
根据病害数据处理分析，桥梁的加固方案必须及时采用增大抗扭去支座的间距以及增加制作支撑的能力，减小抗扭跨径的方案。主要实施方式表现为：保证病害支座两侧桥墩内侧支座不发上编号，外侧支座向外侧移动一定的距离来增大支座间距，在病害桥墩之间增加托盘并改为双支座，在原有支座的内侧增加一个橡胶支座，支座的间距保证其能均为外侧支座平移的距离。在上述支座整改设计的同时，桥梁整体下部的结构也应该根据数据的修改来进行不同大小的调整来保证桥体本身的性能。
三、预应力混凝土连续梁弯桥病害加固设计
3.1预应力混凝土连续梁弯桥维修加固设计
桥梁被动的加固方式只能从材料和设计方面来进行承载力和抗拉力的调整，没有办法从根本上解决由于结构本身带来的应力的变化和桥梁的扭曲变形，按照上述的情况，只能采用主动加固的方式针对桥梁内部出现的问题进行加固，加固措施主要在以下设计模式下进行：
（1）保证桥梁整体的结构处于承载能力和使用稳定性的前提下进行；
（2）设法降低箱梁法所承受的应力大小，将主梁应力恢复为A级应力构件；
（3）设法降低箱梁法内腹板所承受的应力大小，并适当的提高腹板所能承受的横向拉力和抗裂能力；
（4）对已经存在的病害情况进行及时的处理并加以防止，避免其继续发展影响后续工程；
（5）整个工程要快速稳定的进行，避免对交通造成过大的影响。
3.2预应力混凝土连续梁弯桥病害加固措施
针对粤赣高速公路路段河源互通桥，从设计方案的可操作性以及运行方面的风险等考虑，该桥的病害加固措施宜采用外预应力调试并配合其他维修加固的方式进行加固。
（1）增加桥体外部纵向预应力钢束。在桥体进行整体整修时，采取在箱梁内设置体外预应力钢束，提高桥体整体结构的抗压力和抗裂能力，提高其主要承载力和正常的使用能力。
采用钢筋植入的方法在箱梁内部设置转向块，锚固齿板，由于桥体内部构造的要求，转向块可以采用块式和竖肋式两种，桥体外预应力通过钻孔的方式穿过墩顶横隔板，并锚固于墩顶齿块和边跨锚固齿板上。
（2）箱梁裂缝处理。由于受到温度以及天气的影响，桥梁本上混凝土会发生一系列的变化，对于桥体长期运行后，其内部出现的裂缝进行及时的处理和填补。裂缝宽度大于0.15毫米的宜采用灌注胶结混凝土进行封闭处理；裂缝宽度小于0.15毫米的宜采用涂刷树脂的方式进行裂缝封闭。在中跨、边跨病害桥墩附近底部箱梁腹板内侧采用粘贴钢板的方式，改善腹板主要应拉力大小，提高箱梁腹板的整体抗裂能力。在中跨、边跨病害桥墩附近底部粘贴纵向应力钢板，增强病害桥段整体的连接强度，提高桥墩箱梁底板的承载力大小，限制裂缝继续发展。
四、结论
粤赣高速公路河源互通桥所应用的为小半径预应力混凝土连续梁弯桥，其出现病害的主要原因是温度差异所带来的材料的扭曲变化以及预应力作用下出现的支座脱空和扭曲现象，为了保证桥梁的正常运行，需要进行及时处理。桥梁在恒载力的作用下，可以通过对支座的调整来改善桥梁的预应力大小和内外侧的支座反力，合理的拉大箱梁之间支座的间距，调整支座径向距离，增多跨间抗扭约束，缩小抗扭跨径方案是有效合理的。
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论文作者:吴家志
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年6月总第211期
论文发表时间:2016/8/11
标签：预应力论文; 支座论文; 病害论文; 桥梁论文; 混凝土论文; 腹板论文; 应力论文; 《工程建设标准化》2016年6月总第211期论文;