试论预应力混凝土连续梁桥维修与加固技术

张治凯

（湖北交通职业技术学院湖北武汉　430079）

试论预应力混凝土连续梁桥维修与加固技术

张治凯

（湖北交通职业技术学院湖北武汉430079）

预应力混凝土连续梁桥的主要结构问题在于结构性的裂缝以及跨中下挠问题，该问题基本属于永久性问题，且通常不具备弹性变形的性能，在原桥梁的结构状态以及应力情况已经出现转变时，需要严格监控维修加固，保证安全高效的完成加固工作，进一步保证桥梁后期的正常使用，促进交通运输的顺利运行。

混凝土连续桥梁；预应力；维修加固

在我国运用最广的公路桥梁为混凝土连续桥梁，这种桥梁能够极大程度的适应我国的交通公路环境需求，且使用寿命长。而由于我国经济环境的变化，交通运输工具的快速发展，对前期建设的混凝土连续桥梁产生了较大的耗损情况，促使其发生了结构性裂缝以及跨中下挠等情况，为了保证桥梁工程的正常使用，业内人士开展了有关加固桥梁的研究课题，本文将根据笔者的多年经验，对这一课题进行简要的分析探讨。

1　进行桥梁加固的基本原则

进行预应力混凝土连续桥梁的加固工作时，为了保证加固工作能够准确顺利的开展，主要需要遵守两项基本原则。

1.1只加不减

所谓“只加不减”指的是，在进行桥梁的维修加固工作时，要保证不会因为加固而造成桥梁本体结构的破坏。加固所针对的是桥梁的结构性问题，针对此类问题，首先进行加固补强方案的设计，而对桥梁中的局部梁体问题，则可以使用钢板黏合的方式，进行维修加固，既简单又方便。

碳纤维复合材料是否能够与桥梁的固有结构材料同时发生受力变形作用，对利用碳纤维复合材料进行桥梁结构的加固维修具有决定性的作用。一般的碳纤维板材具有E=1.6×105的弹性模量，其抗拉的强度可以达到2400MPa，若想将其抗拉强度进行有效的发挥，就需要受到1.7%的拉伸变形。而普通的钢筋具有2×105的弹性模量，但其抗拉的强度可以达到300MPa，若想将其抗拉强度进行有效的发挥，就需要受到0.15%的拉伸变形.如果将两种材质运用在统一工作环境中，将钢筋的初始应变情况排除，当钢筋发生屈服时，碳纤维符合材料的强度只占整抗拉强度的8.8%。通过预应力碳纤维板加固技术可以弥补这一问题[1]。

1.2全程监控

当具有混凝土结构的箱体出现孔缝时，会相应的产生较大的下挠，且这些缝隙以及下挠大部分为永久性的，且不会发生弹性变形，因此发生这一情况，会使桥梁的应力分布、整体结构以及刚度等方面发生很大的变化。而在进行桥梁维修加固的计算时，并不能达到对桥梁结构的精准模型设计，往往实际的情况与理论数据存在有较大的差距[2]，因此，在开展桥梁的维修加固工作时，要对整体施工状况进行实时的观察及监督，及时的根据实际情况进行理论数据的修改，从而到达防止施工产生新桥梁问题，确保桥梁结构安全调整的目的。

2　案例

位于湖北某地的预应力混凝土连续刚构桥，其跨径为65m+ 115m+65m=245m；汽车荷载设计标准为公路——Ⅰ级；上部结构选用单箱单室箱梁截面，桥梁根部梁高5.8m；跨中梁高2.5m；梁底按2次抛物线变化，箱梁顶板厚25cm；箱梁底部悬臂根部的厚度为70cm，箱梁跨中底底板厚度为30cm，腹板厚度根部为70cm，跨中为40cm。

3　案例分析

3.1问题

此桥自建成通车共有10年，年久失修，具有较多的冰害问题，具体情况如下：

（1）与建成初期的数据相比，桥梁主跨的跨中部位出现下挠情况，跨中下挠10.3cm；

（2）在桥梁的箱梁腹板处，出现了斜裂缝情况，这种情况主要分布在边跨为0.2～0.4L中跨为0.3～0.6L的部位，且以跨中为中间点，对称分布，具有明显的规律，部分裂缝的宽度已经大于相关规定中的限定值；

（3）在箱梁的顶板部位也出行纵向的裂缝情况；

（4）桥面部分具有明显的凹坑、裂缝，且钢护栏锈蚀严重，伸缩缝破损；

（5）支座位置锈蚀情况严重，有局部的变形脱落现象；

（6）其它还有钢筋外露、预应力筋锈蚀等情况。

对此桥梁的问题状况进行分析计算，且考虑到截面减弱4%，竖向预应力全损失以及纵向预应力的阶段损失，可对其现有的结构得出以下结论，见表1。

由表1可以看出：

（1）该桥梁处于弹性受力状态，可以满足于规范要求的承载要求，由于其主梁以及跨中下挠的拉应力较强，为了恢复桥梁的刚度及承载能力，需对其进行加固维修；

（2）在此桥梁中所出现的裂缝，全属受力裂隙，而由于各种问题，促使桥梁原有的结构遭到破坏，导致外观以及质量上都有较大的影响，降低了桥梁的使用寿命，为使其能够安全使用，需进行维修工作。

表1　桥梁结构计算表

综合以上情况可以推断出，在梁底出现横向裂纹主要原因在于：由于该桥梁的箱梁部位将多根预应力筋锚固定在同一个平断面中，但通过这一断面的所有预应力筋与梁端固定所采用是单端张拉锚，由此就会造成大量预应力的损失，进而使断面两端的预应力产生明显的差异性变化。这一变化在长期作用下会促使一部分的拉应力在齿板的外侧产生。另一方面，由于桥身受到重载车使用的原因，会在重力的作用下产生超出混凝土最大抗大强度的拉应力，使桥面混凝土出现裂痕情况。

而梁底横缝的产生不仅仅是对端梁以及桥面造成影响，与梁底对应的腹板部分也会产生斜裂的情况。腹板有一部分会由于梁内单端张拉产生的预应力束，出现大量的预应力损失情况，再加上重载车辆的频繁使用，拉应力超出腹板承受范围，出现斜裂现象。

除横向裂缝外，在桥梁中还出现有纵向裂缝，出现这种情况主要是波纹管位置不正，桥体的混凝土保护层厚度不足，进而在发生张拉作用时，管道出现压浆现象引发混凝土裂缝。又或者是在混凝土顺钢筋方向进行收缩作用时所产生的收缩裂缝。

3.2维修加固方案

（1）桥梁的体外预应力加固。将锚固块以及转向块增添至桥梁箱梁的内部，且在桥梁的体外设置八束15～19的预应力束，在箱梁的腹板灌缝后部进行钢板的粘贴工作，同时进行其他相关问题的处理。这种方案能够极大程度的控制主应力，促进部分承载能力的恢复，但是预应力的传递效果以及抗剪效果较差[3]。

（2）加厚箱外的腹板，且安装下弯束。将箱梁的腹板部位的外侧加厚15cm，在加厚部位的内侧，需要在每一面都设置五束具有15～16预应力的钢绞线，同时进行其他相关问题的处理。这种方法，通过加大腹板的抵抗截面，使箱梁的抗剪能力加强，并且降低主拉应力，使预应力得到有效的传递，加大程度上恢复了桥梁的承载能力及刚度。

（3）加厚箱内腹板，且安装下弯束。将箱梁的腹板部位的内加厚15cm，在加厚部位的内侧，需要在每一面都设置五束具有15～ 16预应力的钢绞线，同时进行其他相关问题的处理。这种方法，使用后的效果与第二种相同，能够加大腹板的抵抗截面，提升箱梁的抗剪能力，但与方案2不同的是这种加固方法可以在箱内进行施工作业，所以施工安全及质量更高[4]。

根据三种加固方案的比较，可以发现第三种方案最符合进行该桥梁的加固维修工作，此方案不仅能够改善该桥梁的整体受力结构和刚度，还能够加强桥梁箱梁的抗剪性降低主拉应力，在满足加固设计要求的同时，能够保证施工作业的安全开展，促使桥梁的维修加固工作能够高质量的完成。

运用方案3所需要用到的加固材料有：C50自密实福塔纤维混凝土材料作为加厚腹板位置的用材，15～16低松弛钢绞线以及塑料波纹管作为桥体内预应力用材，15～12体外预应力束作为桥体外预应力用材。300g/m2的Ⅰ级碳纤维布作为箱梁顶板用材。Q235C作为钢板用材。HRB335以及R235作为钢筋用材。

4　结束语

综上所述，准确的对桥梁的运行状态进行分析，找出进行维修加固的主要诉求点，比如变形、挠度、裂缝、耐久等方面，根据不同的需求施展与之对应的加固措施，在本文中所提到的案例为典型的混凝土连续桥梁加固补强案例，其加固目的在于修整箱梁腹板的主拉应力裂缝。笔者根据多年的实践经验，提出了相关的解决方案，以期为业内人士提供参考作用，从而促进桥梁建设系统的快速发展。

[1]熊洪波，周德.体外预应力法在混凝土连续梁桥维修加固中的应用[J].华东公路，2010，02（04）：18～20.

[2]邵华英，刘旋云，周德.预应力混凝土连续梁桥维修加固技术的对比研究[J].中外公路，2010，03（16）：198～202.

[3]鲍卫刚.预应力混凝土连续梁桥维修与加固技术[J].公路，2013，01（17）：13～18.

[4]李邦映.预应力混凝土连续梁桥病害分析及维修加固设计[J].工程与建设，2015，03（06）：334～336.

U445.7+2

A

1673-0038（2015）40-0298-02

2015-9-15

张治凯（1970-），男，湖北石首人，副教授、高级工程师，硕士研究生，从事道路与桥梁工程教学和研究工作。