桥梁加固设计方法及注意问题研究

陈丰

摘 要：本文结合笔者的实际工作经验，简要地阐述了桥梁加固的原则及方法，从而结合工程实例，针对桥梁加固设计中相关要点进行了详细地探讨，并提出了设计中注意事项，以供参考。

关键词：桥梁；加固原则；设计方法；注意问题

桥梁加固设计是一项比较全面而复杂的工作，其是针对不能满足桥梁继续使用的状况进行处理，以满足交通量的需求。过去，随着我国桥梁设计载重标准不断变化，相关设计规范和标准较低，再加上交通量的不断增加和大量车辆超载现象的出现，桥梁存在着较大的安全隐患，因此，如何做好桥梁加固工作意义重大。下面结合工作实践，主要就桥梁加固设计方法和注意问题进行了论述。

1 桥梁加固的原则

根据桥梁加固的各项指标分析，桥梁加固原则主要包括：（1）经济性原则： 比重建桥梁节约60%～70%以上的费用才是可行的，有意义的。（2）安全性原则： ①避免增加结构恒载；②尽可能使所有构件参与受力；③避免对原结构造成大的扰动和削弱； ④加固方案应保持结构的可检性。

2 桥梁加固的方法

根据桥梁的现有技术状况、存在病害、车辆通行的需要，合理选择桥梁加固方法是非常重要的。桥梁加固流程及方法如下：（1）全面收集旧桥资料：设计文件，竣工文件，桥检报告；（2）现场测量，检查；（3）病害的汇总，归类；（4）综合分析病害发生的原因；（5）评估桥梁的承载能力 和现状类别；（6）进行理论分析和结构计算，提出改造和加固方案。

3 桥梁加固的实例分析

3.1 工程概况

某高架桥，位于高速公路 K540 +197处，主线桥长2580m，采用装配式预应力混凝土连续箱梁，共102孔。该桥使用时间已超过10年。通过检测发现该桥342片箱梁存在众多竖向、斜向裂缝。为保证结构的安全性和耐久性，需要对本桥进行维修加固。

3.2 加固方案设计及注意问题

3.2.1 高架桥存在的病害

（1）支座病害： 本桥支座存在破损、开裂，支座偏移、脱空、偏位、支座上垫钢板变形滑脱等病害。

（2）上部主要承重构件病害：①箱梁腹板存在竖向、斜向裂缝，缝最宽0. 61mm；腹板与底板存在横向裂缝，缝最宽0.20mm；②箱梁存在混凝土破损、露筋、渗水等病害。③整体箱梁存在竖向、斜向裂缝，缝最宽0. 05mm，纵向裂缝，缝最宽0.78mm。经统计，底板横向裂缝超过0.1mm和竖向裂缝超过0.2mm。

3.2.2 病害产生的原因分析

通过对本桥的病害分析，造成主梁病害的主要原因如下：

（1）连续箱梁作为一种先简支后连续结构形式，有效解决了简支梁桥桥面连续裂缝的问题，大大提高了行车舒适性。但是，这种结构也存在横向联系弱、结构整体性较差的缺点。在本高架桥设计时，由于对超载交通缺乏预见和认识，设计荷载仍按规范取用。进入运营阶段后，我省超载交通运输状况愈演愈烈，运输车辆的载重远远大于设计荷载。在大吨位超载车辆作用下，各梁之间出现明显的相对位移和扭转，由于箱梁腹板横向刚度较差，因此造成腹板出现竖向裂缝。

（2）预应力混凝土连续箱梁由于预制箱梁结构尺寸小，普通钢筋和预应力波纹管定位比较困难，混凝土保护层厚度不容易保证，施工难度较大；施工、监理单位均为初次接触，缺乏必要的管理经验，施工质量不易保证；同时由于主梁预制由各施工单位分别进行，施工力量和水平不一，也容易造成各标段主梁施工质量存在一定的差异。

3.2.3 评估桥梁承载能力

经过交通量分析，本高架桥目前担负的日交通量较大，因此，一旦高架桥由于病害原因出现阻断，对公路旅客运输和物流的影响较大。由于本桥技术状况综合评定等级为 “三类”桥梁，需要进行中修。

3.2.4 加固方案

（1）处治方案

根据对桥梁病害原因的分析，要解决本高架桥出现的病害，必须首先提高箱梁的整体刚度，保证梁体承担荷载时的整体性，同时对裂缝、预应力度降低等问题对梁体造成的危害进行加固和补强，恢复和提高主梁承担外荷载的能力。具体处治方案如下：

（1）凿除原桥沥青混凝土桥面铺装和混凝土调平层，进行桥面植筋，铺设焊接带肋钢筋网，同时在墩顶负 弯矩区设置碳纤维筋，再浇筑14cm厚混凝土铺装层，铺装层上边做1cm 沥青表处，下边加设防水层。（2）对所有箱梁跨中增设一道贯穿箱梁内部的横隔板，横隔板宽35cm，采用倒马蹄形式，马蹄部分与箱梁底板连接，设2束15-2的横向预应力钢束。（3）对于底板横向裂缝宽度大于0. 1mm的箱梁增 设体外预应力钢束。（4）对于破损、开裂、偏移支座进行更换。

（2）结构计算与分析

①原桥结构横向受力分析

采用 Midas-civil 对原桥结构横向受力进行分析。从箱梁受力空间变形图可以看出，由于在跨中缺少横隔梁对每片箱梁的变形进行有效的约束，梁体在承受车辆荷载作用时出现相对位移和扭转，各主梁受力变形形态有较大的差异，这也说明各梁的受力和变形缺乏有效的协调，造成车轮作用的主梁实际承担的荷载效应较大，单梁结构计算采用的横向分布系数小 于实际承担的荷载效应，箱梁出现承载能力不够造成的底板横向裂缝。

②整体刚度比较

采用空间有限元计算软件MIDAS软件，对加固后的结构进行计算，取4×25m小箱梁建立整体模型。采用 MIDAS 软件对原桥和加固方案进行竖向位移计算，为使计算结果具有可比性，均不考虑预应力体系，在内中梁顶面跨中位置作用100kN/m2的分布荷载，计算结果如表1所示。

表 1 竖向最大位移

类型 位移

DZ/mm 刚度提高

原桥 13. 0

加固以后 9.2 约28%

从计算结果得知，由于同时考虑调整桥面铺装和增设预应力横隔梁，截面的整体刚度提高得最为明显，提高约 28%，整体受力效果明显改善。

③加固后横隔梁计算

采用空間有限元计算软件 MIDAS软件，对箱梁加固后的横隔梁建立局部模型。

根据横梁的受力情况对比分析，在活载三车道偏载的情况下横梁受力最不利，上缘端部拉应力最大。我们对箱梁横隔梁下侧加设2束15-2钢绞线进行了计算，结果如下。

从计算结果得横梁上缘拉应力最大值为1. 8MPa，小于C50混凝土限值0.7ftk=1. 86MPa，横梁下缘均为压应力，应力满足规范要求。由于横向预应力钢束只能设置在新增横隔板的下缘，无法设置竖弯，因此钢束中心在梁端处与截面中性轴距离较大，力臂较长，在梁端处产生较大的负弯矩，从而在横隔板上缘产生较大的拉应力。因此钢束根数不宜过多，最后经计算结果比较选择加设2束15-2钢绞线。

④纵向体外预应力加固应力计算

为验证加固措施产生的效果，我们采用软件对体外预应力加固的效果进行了计算。考虑到本高架桥已经超过十年时间，存在混凝土老化和预应力损失，同时部分主梁存在裂缝，考虑原截面惯性矩折减 20%，预应力损失按 20%计。经计算得到：长期效应组合下，受压区正截面的最大压应力为8.22MPa，小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2012规定的限值16.2MPa，且所有截面均受压，满足规范要求。

4 结论

总而言之，连续箱梁由于相对于现浇预应力混凝土桥梁结构来说，存在构件和联结较多等特点，从而给现场质量控制工作带来了一些难度，同时也引发了一系列问题。近年来，我国桥梁工程出现了大量的病害，严重影响到桥梁的安全性和稳定性，因此，我们需要引起重视。本文探讨了桥梁加固设计方法及注意问题，旨在为类似的工程提供参考。

参考文献

[1]任慧.桥梁加固的设计、实践和思考[J].公路交通科技（应用技术版），2014（06）.

[2]徐利.桥梁加固技术应用探讨[J].工程与建设，2015（01）.