探討橋梁上部結(jié)構(gòu)加固實例
2015-05-26
1. 工程概況
該橋單跨長度在15~ 22 m， 上部結(jié)構(gòu)采用簡支鋼筋砼預(yù)制斜腹小箱梁， 位于養(yǎng)護(hù)的省道上。該橋的主要病害為：
1) 箱梁內(nèi)積水。全橋共有 15 條箱梁存在較嚴(yán)重的積水現(xiàn)象， 占全橋斜腹小箱梁總數(shù)的 31%。積水也額外增加了箱體承受的恒載約 50 kN。梁體已經(jīng)出現(xiàn)大面積損傷， 鋼筋也出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕跡象。
2) 橫隔板病害。橫隔板主要病害為鋼板連接件的焊縫開裂、 損壞?，F(xiàn)象普遍， 約 60% 的橫隔板及其連接都出現(xiàn)了不同程度的損壞。
3) 箱梁翼板間縱向濕接縫破損。箱梁翼板間縱向濕接縫的破壞現(xiàn)象比較普遍， 出現(xiàn)大面積的鋼筋銹蝕和砼剝落。
4) 橋面鋪裝層出現(xiàn)大面積龜裂、 砼剝落等現(xiàn)象。
2. 橋梁承載能力計算
2. 1 原結(jié)構(gòu)計算分析
采用橋梁博士結(jié)構(gòu)計算軟件對該橋無病害狀態(tài)下的原結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算， 橋梁承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)均滿足規(guī)范要求。
2. 2 現(xiàn)狀橋梁結(jié)構(gòu)計算分析
原結(jié)構(gòu)計算結(jié)果是理想力學(xué)模型狀態(tài)下的數(shù)值。由于主梁鋼筋銹蝕、 橫向聯(lián)系減弱、 重車長期作用等原因的存在， 必然會導(dǎo)致橋梁承載能力下降。目前橋梁橫梁鋼板開裂、 濕接縫處破損嚴(yán)重， 橋梁橫向聯(lián)系與原結(jié)構(gòu)變化較大，通過現(xiàn)場動靜載試驗及相關(guān)現(xiàn)場檢測后，對驗算模型進(jìn)行修正，按修正后的橫向分布系數(shù)對現(xiàn)狀橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗算。
2. 2. 1 承載能力極限狀態(tài)驗算
邊、 中梁正截面抗彎強(qiáng)度邊、 中梁斜截面抗剪強(qiáng)度如表 2 所示。
邊梁及中梁抗剪強(qiáng)度按修正后的橫向分布系數(shù)驗算， 抗力小于效應(yīng)值， 不能滿足要求。
2. 2. 2 正常使用極限狀態(tài)驗算
變形驗算。計算結(jié)果表明， 在汽車荷載下，主梁、 邊梁及中梁最大豎向位移為- 5 mm， 小于主梁計算跨徑的 1/ 600， 滿足規(guī)范要求。
通過減弱橋梁橫向聯(lián)系， 并根據(jù)規(guī)范對橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行模擬計算， 橋梁正截面抗彎強(qiáng)度符合規(guī)范要求， 但與原結(jié)構(gòu)相比， 承載能力安全儲備下降不少，并且斜截面抗剪強(qiáng)度已經(jīng)不能滿足規(guī)范要求。正常使用極限狀態(tài)驗算均滿足規(guī)范要求。
3. 加固方案
根據(jù)橋梁現(xiàn)有病害及計算結(jié)果， 結(jié)合已有的加固設(shè)計經(jīng)驗， 提出以下加固方案： 主梁腹板增設(shè)新型補(bǔ)強(qiáng)層， 底板采用新型預(yù)應(yīng)力鋼絞線技術(shù)進(jìn)行加固； 重新澆筑中橫隔板， 并在每片主梁 1/ 4L 處增設(shè)橫隔板； 鑿除原橋面鋪裝層， 增設(shè)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)層， 并增設(shè) 6 cm 橋面鋪裝層。
3. 1 主梁
箱梁梁體由于開裂等損傷， 結(jié)構(gòu)抗彎剛度偏弱，安全儲備不足。為提高梁體的抗彎剛度及承載能力， 對箱梁腹板及底板采取如下加固措施：
腹板。對裂縫密集處的箱梁腹板， 采用高強(qiáng)不銹鋼板加固方法進(jìn)行處理。此方法不僅能有效抑制裂縫的再生， 更能提高梁體的抗剪強(qiáng)度。
2)底板。超重車的長期作用、 主梁橫向聯(lián)系減弱、 梁體內(nèi)積水增加的荷載及鋼筋銹蝕等因素導(dǎo)致該橋主梁承載能力降低。為了有效提高主梁承載能力， 結(jié)合橋面補(bǔ)強(qiáng)層， 在梁底采用新型鋼絞線預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)。施加的預(yù)應(yīng)力抵消新增恒載產(chǎn)生的彎矩， 在活載下與橋面補(bǔ)強(qiáng)層共同起作用， 從而提高箱梁的承載能力。
3. 2 橫隔板
由于橫隔板連接鋼板焊縫開裂， 橫隔板連接部位損壞， 橋梁橫向聯(lián)系減弱。為恢復(fù)并增強(qiáng)橋梁橫向聯(lián)系， 提高全橋整體剛度， 拆除原有中橫隔板， 重新澆筑新中橫隔板， 并在每片梁 1/ 4 點處增設(shè)兩道橫隔板， 以增強(qiáng)橫向聯(lián)系。
3. 3 箱梁翼板縱向濕接縫
縱向濕接縫的破壞也導(dǎo)致橋梁橫向聯(lián)系減弱。為了恢復(fù)并增強(qiáng)橋梁橫向聯(lián)系， 提高全橋整體剛度，拆除原有縱向濕接縫， 重新澆筑濕接縫， 并在兩相鄰箱梁翼板間每隔 30 cm 粘貼 15 cm 寬鋼板條， 濕接縫砼與橋面補(bǔ)強(qiáng)層砼一起澆筑， 以便能更好地增強(qiáng)箱梁間的橫向聯(lián)系。
3. 4 橋面系
橋面鋪裝的破損使得雨水滲入箱梁內(nèi)部并長期積存。為此， 拆除原有鋪裝層， 通過植入直徑為 16mm 的鋼筋， 鋪設(shè)間距 10 cm @ 10 cm、 直徑為 Φ12mm 的鋼筋網(wǎng)， 重新澆筑 6~ 13. 5 cm 砼。此部分作為主梁結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)層與主梁一起參與受力。在結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)層上噴灑水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。由于橋梁超重車現(xiàn)象嚴(yán)重， 故增設(shè)6 cm 聚丙烯纖維和鋼纖維混合型砼橋面鋪裝。橋面鋪裝改造后橋面厚度大于原橋面， 高出部分結(jié)合伸縮縫改造調(diào)整。
4. 加固效果驗算
根據(jù)本橋目前的病害情況及檢算結(jié)果， 針對箱梁分別擬定加固方案， 并進(jìn)行加固效果計算和現(xiàn)場試驗。由于加固方案增設(shè) 6 cm 橋面鋪裝層， 且每片梁增設(shè) 2 根橫隔板， 雖然導(dǎo)致恒載增加，但為抵消由于加固所產(chǎn)生的恒載， 在梁底增設(shè)預(yù)應(yīng)力。 加固后， 邊、 中梁正截面抗彎強(qiáng)度分別提高 15% 、 16% ， 加固效果明顯， 正截面抗彎強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。
5. 結(jié) 語
該橋采取以上加固方案加固后， 病害得到有效治理， 并顯著提高了橋梁的承載能力。所采取的加固方法較為成功。
與傳統(tǒng)的粘貼碳纖維布加固方案相比， 該橋采用的主梁底板采用高強(qiáng)不銹鋼絞線加固、腹板采用不銹鋼板加固，方案具有以下優(yōu)點：1）主梁承載力和剛度得到提升； 2）增加橋面鋪裝層， 破損后便于更換； 3）梁底裂縫、 露筋和破損等病害同時得到了處理； 4）加固材料雖然新穎，但加固工藝成熟，利于施工。
