空心板梁桥的整体加固设计及加固效果评估

吴有松,戴小冬

(1.湖南省交通规划勘察设计院,湖南长沙 410008；2.中南公路建设及养护技术湖南省重点实验室,湖南长沙 410008)

空心板梁桥的整体加固设计及加固效果评估

吴有松1，2,戴小冬1，2

(1.湖南省交通规划勘察设计院,湖南长沙 410008；2.中南公路建设及养护技术湖南省重点实验室,湖南长沙 410008)

采用化学灌浆和板底补强相结合的加固技术对某高速公路上一座空心板梁桥进行了加固设计,并通过荷载试验对加固效果进行了评估。实践证明该方法具有对原桥桥下净空高度影响很小、可较大幅度提高桥梁整体承载能力性能和抗弯刚度、对桥上交通影响较小等显著优点,为空心板梁桥的整体加固设计提供了一种新思路。

空心板桥；加固设计；化学灌浆加固；板底补强加固

0 引言

空心板桥有构造简单、施工方便、用材经济、施工速度快、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。运营过程中,部分空心板桥铰缝破坏明显,剪力传递效果差,造成行车荷载作用时的单板受力,影响行车安全及桥涵的使用寿命。如何改善空心板桥的整体受力性能、避免病害的发生及发展,是摆在桥梁加固研究工作者面前的重要问题。本文以某高速公路上一座空心板桥为依托,对空心板桥整体加固技术进行了研究和实践［3］。

1 工程概况

该桥为某高速一座主线桥,于2000年建成通车。桥跨组合为1×13 m,桥梁全长25 m。桥面净宽2×12.5 m,总宽28 m。桥梁上部结构为13 m跨径钢筋混凝土空心板梁,半幅桥10块空心板,空心板高度50 cm,中板宽度125 cm,边板宽度175 cm,见图1。桥面铺装为现浇15 cmC30号防水混凝土,桥面铺装混凝土内设置10 cm间距φ8钢筋网。

图1 桥梁立面

通过对该桥的检测发现,桥梁存在以下病害：(1)铰缝渗水严重；(2)空心板底面跨中范围横向裂缝较多,部分板底间距15～20 cm就有一条横向裂缝,部分宽度超过0.2 mm,裂缝处渗水钙化结晶现象严重,见图2；(3)板底混凝土测试炭化深度1.3～1.5 cm,空心板耐久性较差。

图2 板底开裂严重

2 病害成因分析及加固设计

2.1 病害成因分析

依据检测报告描述,本桥主要病害为空心板开裂、铰缝渗水及耐久性较差。

该桥为装配式铰接空心板桥,其铰缝对结构受力具有重要的作用,空心板间竖向剪力的传递是靠铰接构造来实现的,通过该剪力的传递实现行车荷载的横向传递及分配。当板间连接强度不足以抵抗行车荷载产生的竖向剪力时,板间填缝混凝土会开裂,而各板由于侧向竖向剪力而产生的扭矩作用,加剧了板间混凝土的开裂,在行车荷载作用下,出现所谓“单板受力”现象,违背了空心板横向分布设计的基本原理［1］。

“单板受力”现象的出现,使得某些板受力过大,当板底拉应力超过混凝土极限抗拉强度,在板底将出现横向的弯曲裂缝,裂缝间距一般较小,裂缝长度可贯通全板。当裂缝贯穿至空心孔内,伴随着板顶的损坏,将引起空心板裂缝渗水［5］。由此可见,本桥病害应为铰缝破坏所引起的空心板桥“单板受力”现象。

2.2 加固设计

2.2.1 加固方案选取

对于空心板桥“单板受力”病害的加固方法,国内学者与工程界进行了颇多的研究,提出了一系列的工艺、方法,包括：桥面补强加固、横向粘贴钢板加固、横向预应力加固、去梁增肋加固、化学灌浆加固、板底补强加固等［2］,每种加固方案各有利弊。本项目为高速公路主线桥梁,维修加固施工期间不能长时间中断交通,同时为减少后期养护对交通的影响,要充分考虑加固后结构的耐久性,采用化学灌浆加固和板底补强加固相结合的设计方案。

2.2.2 加固设计

加固设计方案包括两部分：(1)空心板缝高压水清洗,灌注拼梁结构灌缝胶,以加强横向联系；(2)空心板板底挂网喷抹高性能复合砂浆：在空心板底钻孔植入Φ6剪切销钉,销钉间距为30 cm× 30 cm,然后在空心板底部布置纵向10 cm×横向5 cm的Φ12钢筋网,最后在空心板底部抹压厚度为4.0 cm,强度为M70的高性能复合砂浆,形成横向加固结构层,见图3～图5。

图3 化学灌浆加固设计图

图4 补强加固设计图(断面)(单位:cm)

图5 板底补强加固设计图(立面)(单位:cm)

3 加固效果验证

通过现场荷载试验及试验数据分析,对加固后的桥梁结构受力状况作出评价。

3.1 测点布置

挠度测点纵向按照桥跨2分点布置,偏载工况测线分布在边板中线位置附近,在跨中布置两个测点。测点布置见图6。

图6 桥梁挠度测点布置图

选择跨中截面为测试截面,测试截面为正弯矩测试截面,下缘受拉,选择8块空心板测量应变,将应变计布置于空心板下缘［6］,截面应变测点布置见图7。

图7 应变测点布置示意图

3.2 试验结果

挠度测试见表1,表中数据负值为下沉量。各工况下应变测点结果及分析见表2,表中正值为受拉,负为受压。

表1 偏载挠度测试分析结果

3.3 试验结论

(1)实测挠度校验系数在0.62～0.81之间,满足《公路桥梁承载能力评定规程》对钢筋混凝土结构规定的范围(不大于1.0),实测应变校验系数在0.50～0.78之间,满足《公路桥梁承载能力评定规程》规定的范围(不大于1.0),桥梁整体刚度较好,结构受力满足设计要求。

表2 应变结果分析

(2)从卸载后的相对残余结果来看,最大相对挠度残余挠度为0.10,最大相对残余应变为0.16,均满足《公路桥梁承载能力评定规程》规定的最大限值(不大于0.20)要求,说明结构处于线弹性工作状态。

4 结语

本文实践了化学灌浆加固和板底补强加固组合加固技术在空心板梁桥横向加固中的应用。通过荷载试验的验证及加固后桥梁整体状况的观察,证明该加固技术是成功可行的,且该技术具有以下优点：(1)对原桥桥下净空高度影响很小；(2)不要求原结构表面很平整,加固部分可以与原结构共同工作；(3)可较大幅度提高桥梁整体承载能力性能和抗弯刚度；(4)可以显著改善板底混凝土耐久性；(5)对桥上交通影响较小,仅需短时间交通封闭；(6)加固后结构外观效果好。

［1］ 广东省公路管理局.广东省公路桥梁维修加固技术指南［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］ 刘近龙.空心板桥整体加固技术研究［D］.陕西西安:长安大学，2012.

［3］ JTG/T J21-2011,公路桥梁承载能力检测评定规程［S］.

［4］ JTG D62- 2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］.

［5］ 张劲泉，魏洪昌，徐岳，等.公路旧桥加固成套技术及工程实例［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［6］ 张树仁，王宗林.桥梁病害诊断与加固改造设计［M］.北京:人民交通出版社，2006.

U448.213

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1009-7716(2015)09-0095-03

2015-05-18

吴有松( 1983-),男,湖南娄底人,工程师,从事桥梁设计工作。