既有装配式板桥加固设计方案研究

张 涛

(中交公路规划设计院有限公司，北京 100088)

既有装配式板桥加固设计方案研究

张 涛

(中交公路规划设计院有限公司，北京 100088)

依托国内某高速公路改扩建桥梁，以典型装配式钢筋混凝土板桥为研究对象，针对此类板桥常出现的病害，进行了装配式钢筋混凝土板桥的加固设计方案研究，对桥面补强和粘贴钢板等加固方法及整体更换新板方案作了比较，以选择最佳的加固设计方案。

预制板，桥梁加固，桥面补强，粘贴钢板

0 引言

装配式钢筋混凝土板桥是我国高速公路中小跨径桥梁的主要结构形式。装配式预制板桥有构造简单、施工方便、用材经济、施工速度快、建筑高度小、易于实现标准化和工厂化生产等优点，被广泛应用于现代公路桥梁中。随着交通快速发展，大型载重车数量迅速增加；荷载的提高导致桥面铰缝过早损坏，缩短桥面使用寿命，同时降低了横向连接性能，造成汽车荷载作用时的单板受力，影响行车安全及桥梁的使用寿命。本文以国内某高速公路改扩建桥梁为依托，以典型装配式钢筋混凝土板桥为研究对象，针对此类板桥常出现的病害，进行装配式钢筋混凝土板桥的加固设计方案研究，对比桥面补强、粘贴钢板等加固方案及整体更换新板方案的技术可行性和经济成本优劣，以选择最优的改造方案。

1 项目概况

国内某高速公路拟由四车道改建为八车道，并根据“上连下不连”的桥梁改扩建方案，对装配式钢筋混凝土预制板桥进行改扩建设计。该高速为1993年设计，原设计标准为JTJ 1981公路工程技术标准[1]汽—超20，挂—120。根据JTG B01—2014公路工程技术标准[2]第6.0.10条第3款，拼接加宽利用的原有桥涵，应进行检测评估并满足原设计荷载标准要求，且其极限承载能力应满足或采取加固措施后的满足现行标准的要求。因此，需按JTG B01—2014公路工程技术标准公路—Ⅰ级荷载标准，对利用的旧桥进行承载力验算或加固设计。

预制板的一般构造参见表1：桥梁理论跨径L=5 m，6 m，8 m，计算跨径L0=4.7 m,5.7 m,7.7 m。预制板长L1=4.96 m,5.96 m,7.96 m。中板宽1.03 m，边板宽1.045 m。预制板高度h=0.3 m(5 m和6 m板)，h=0.4 m(8 m板)。桥面铺装为10 cm厚C40混凝土整体化层+6 cm厚沥青混凝土层。板底配纵向受拉钢筋数量分别为6Φ25，7Φ25，8Φ25。Φ8双肢箍筋，支点区段间距10 cm，跨中区段间距15 cm。C25混凝土，主筋HRB335，箍筋R235。

表1 预制板一般构造 m

原桥典型横断面布置图见图1。单幅桥梁全宽12.5 m，净宽11 m；单幅桥共计12块板。车道荷载按JTG B01—2014公路工程技术标准执行。采用铰接板(梁)法计算板跨中弯矩的荷载横向分布系数，用杠杆法计算板支点剪力的荷载横向分布系数。计算均以正交桥为对象。由于斜交板具有以下受力特征[3]：斜交板的最大纵向弯矩，一般比与斜跨径相等的正交板要小；最大纵向弯矩的位置，随着斜交角的增大从跨中向钝角部位转移。因此，斜交板跨中弯矩的荷载横向分布系数偏安全的采用正交板。

2 加固方案

加固总体原则[4]：1)设计科学合理，经济环保；2)加固方案的选择尽量不增加结构自重，不对主要承重构件造成损伤，且满足施工简便、快捷，加固施工过程对交通影响小的要求；3)加固后的桥梁能满足设计荷载标准的使用要求，并有一定的安全储备。

2.1 桥面补强加固方案

本项目路面设计将在既有路面结构的基础上再加铺10 cm，既有桥梁的桥面铺装为10 cm水泥混凝土+6 cm沥青混凝土。改建方案为将原有的6 cm沥青混凝土铣刨，在原有的10 cm水泥混凝土铺装层上植筋，再加铺6 cm混凝土，将水泥混凝土铺装层厚度增加到16 cm后，再继续加铺10 cm沥青混凝土，这样改建后的桥梁标高与前后路基段标高保持一致。

计算考虑两种状况：1)混凝土现浇层不参与板梁结构受力；2)8 cm混凝土层参与结构受力，即50%的混凝土整体化层厚度参与结构受力。

上部结构计算结果见表2和表3。

由表2可见，在不考虑现浇层参与受力时，中、边板的抗弯承载力均不满足要求。考虑8 cm现浇层参与受力后，边板抗弯承载力满足设计要求，其余均不满足设计要求。

由表3可见，在不考虑现浇层参与受力时，除8 m板的边板抗剪承载能力满足要求外，其余均不满足设计要求。考虑8 cm现浇层参与受力后，8 m板的边板、中板抗剪承载能力满足要求；但5 m和6 m板的边板、中板仍不能满足要求。计算表明，仅通过增加现浇层提高抗剪承载能力的幅度较小。

表2 上部结构抗弯承载力计算结果

表3 上部结构抗剪承载力计算结果

2.2 粘贴钢板加固方案

对板桥的板底作粘贴钢板加固：5 m，6 m，8 m板每块板底粘贴2条宽10 mm，厚6 mm钢板，同时考虑8 cm现浇层参与结构受力(即混凝土整体化层总厚度的一半)。针对路面加铺方案和桥梁改造方案，结合新标准和改扩建细则中的相关规定，对加固拼宽后的桥梁进行整体验算。验算结果表明：

1)5 m，6 m，8 m板在考虑8 cm(50%)混凝土铺装层参与受力并在梁底进行贴钢板加固的情况下，抗弯承载能力能够满足要求。

2)5 m，6 m板在考虑8 cm(50%)混凝土铺装层参与受力的情况下，抗剪承载力不能满足要求，5 m中板欠缺33.8%，6 m中板欠缺35.4%。抗剪承载力相差较大，在保证不破坏既有梁体的前提下，没有很有效的方式能够使抗剪承载力大幅度提高。

3)既有8 m板设置了较多的斜筋，所以在考虑8 cm混凝土铺装层参与受力的情况下，抗剪承载力能够满足要求，但中板仅富裕7.1%，安全储备较低。

3 加固方案经济性比较

经过测算，在不考虑更换支座的情况下，每跨8 m桥加固后的拼宽扩建方案费用为187 630元，拆除换板的费用为212 280元，两者相差24 650元，全线共计243跨，差值总计5 989 950元。如果再考虑更换支座的施工措施费，两种方案的费用相差无几。因此，虽然8 m板可以满足现行标准要求，但从结构受力的安全储备、结构耐久性、美观等因素看，建议采用拆除换板方案。

综上所述，5 m，6 m，8 m板的抗弯承载力能够满足现行标准要求，但5 m，6 m板的抗剪承载力不能满足现行标准的要求，应采用拆除上部结构换板的方案，8 m板的抗剪承载力虽然可以满足，但安全储备较低，另外结构耐久性较差，加固后的桥梁美观较差，考虑更换支座时，也无经济优势，因此8 m板的改建也应采用拆除换板的方案。

4 结语

验算表明，5 m，6 m钢筋混凝土实心板桥的上部结构抗剪承载能力不满足现行荷载等级的要求，且目前缺乏有效的加固措施，8 m板考虑现浇层参与受力的情况下，其承载力能够满足现行规范要求，但富裕度很小，比较加固方案与换板方案两者造价相近，从结构受力的安全储备、结构耐久性、美观等因素考虑，建议更换5 m，6 m，8 m钢筋混凝土实心板的上部结构。

[1] JTJ 1981，公路工程技术标准[S].

[2] JTG B01—2014，公路工程技术标准[S].

[3] 徐光辉.公路桥涵设计手册——梁桥(上)[M].北京：人民交通出版社，1996.

[4] JTG/T L11—2014，高速公路改扩建设计细则[S].

Study on reinforcement design scheme of existing assembly-style board bridge

Zhang Tao

(ChinaCommunicationHighwayPlanning&DesignInstituteCo.,Ltd,Beijing100088,China)

Based on domestic highway expanded bridge, taking typical assembly-style steel reinforced concrete board bridge as the research target, in light of common board bridge diseases, the paper studies the reinforcement design scheme of assembly-style steel reinforced concrete board bridge, and compares deck reinforcement and bonding steel board and other reinforcement methods and integral board alteration scheme, with a view to select optimal reinforcement design scheme.

prefabricated board, bridge reinforcement, deck reinforcement, bonding steel plate

2015-06-24

张 涛(1988- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)25-0180-03

U445.72

A