大跨度连续刚构桥病害分析与体外预应力加固技术分析

李　欣，颜世德

(湖南省湘筑工程有限公司，湖南 长沙　410004)



大跨度连续刚构桥病害分析与体外预应力加固技术分析

李欣，颜世德

(湖南省湘筑工程有限公司，湖南 长沙410004)

摘要：对箱梁裂缝产生原因进行了分析，以M桥为例对其进行了桥梁线形监测分析，介绍了此桥的体外预应力加固设计，探讨其体外预应力加固效果。

关键词：刚构桥；体外预应力；加固

一般的大跨度连续刚构桥，无论是在施工阶段、还是运营使用中，如施工不当、混凝土收缩徐变、老化、超载等问题，往往是存在诸多影响桥梁承载力的因素。虽然从桥梁的挠度、裂缝可以判断桥梁承载力的大小变化，但实际情况中不是一有裂缝，挠度一超限，就必须加固。借由转向板转向以确定钢束走向，由此体外预应力束形成析架体系进而形成超静定结构，除了可以抵消部分恒载应力，以达卸载外，同时降低了原结构应力水平，改变内力分布。从整体上减少箱梁的跨中弯矩，从而达到提高箱梁的正截面抗弯强度、刚度和抗裂性的目的，最终提高桥梁的承载能力，使其裂缝缩小甚至完全闭合，同时减少结构变形。

1箱梁裂缝产生原因分析

腹板斜向裂缝、顶底板纵向裂缝和顶板与腹板倒角的纵向裂缝这三种类型常见于箱梁裂缝主要情况，即箱梁早期裂缝大部分已采取封闭措施。在左幅桥左侧箱室内，纵向裂缝处于跨中区域顶板与左侧腹板(边腹板)交接处。

根据裂缝形态分析，可以发现腹板斜向裂缝靠近跨中侧变小，裂缝走向为跨中侧高支点侧低，裂缝形态与主拉应力裂缝特征相符，判断此类裂缝应为受力裂缝。分析其原因为竖向预应力损失，导致主拉应力增大。同时发现裂缝主要集中于在底板齿板锚固区附近，其与顶板钢束与底板钢束形成反向对拉造成腹板应力增大有关；同时，产生裂缝有影响的还有宽幅箱梁的畸变效应、温度效应、车辆荷载的长期作用。

对箱梁的温度影响分析可知，在箱内外温差作用下，箱梁内外侧表面的应力为 3.5～8 MPa；在桥面温度梯度作用下，箱室顶板中部上下表面的最大横向正应力约为 3～4 MPa。除温度外，在活载及收缩徐变也可以使箱梁产生横向框架效应，也必然在箱梁顶板、腹板及底 板表面产生拉应力。因此，受框架效应影响，在外部环境荷载、车辆荷载及结构自身收缩徐变三重作用下，箱梁顶板和腹板的纵桥向裂缝更易产生，尤其倒角和顶板厚度较薄位置。

2桥梁线形监测分析

(1)线形情况。

2012年7月7日、8日晚上M桥全封闭交通的状态下，某公路桥梁工程监测站进行测量，将12年数据与2006年10月交工验收测量结果进行对比分析。从图1和图 2中看出左幅主桥下挠75 mm，右幅主桥下挠63 mm，发现不仅左、右幅主桥存在下挠，且中跨线形不平顺。

(2)跨中下挠原因分析。

考虑到混凝土徐变系数、混凝土超方、纵向预应力径向力及超载对桥梁受力状态的影响，分别对竖向预应力损失、纵向预应力损失分析，可知主跨跨中下挠因素主要有箱梁混凝土的徐变、预应力损失、上部结构超方以及刚度损失。并且可判断出该损失由多重影响导致，非单一因素。从线形测量结果来看，只需对中跨有针对性的加固。

图1　M桥右幅主桥 2012年与2006年桥面线型测量结果对比

图2　M桥左幅主桥 2012 年与2006年桥面线型测量结果对比

3体外预应力加固技术

3.1某桥体外预应力加固设计简介

我国目前刚构桥主要采用体外预应力加固法加固，主要是施工简单、技术成熟、检修方便。本检测桥同样是采用体外预应力加固法加固，方法上采用OVM-S6 环氧喷涂钢绞线体外束，为保证安全性采用配套锚具、锚垫板、锚下螺旋箍筋。锚下张拉控制应力为1 116 MPa。同时布置磁通量传感器于体外束中跨合拢段位置，以监控和测量施工过程和后期运营过程中对钢束应力变化。

本桥布置12束体外预应力钢束，每个钢束号 2 束，编号记为 T1~T6，10φj15.24 mm的预应力钢绞线。

3.2体外预应力加固效果

(1)加固后合理状态分析。

加固后边跨未加固部分应力情况未发生明显变化，且未出现拉应力；中跨应力与原设计数值接近，挠度有所提升。

(2)正常使用极限状态。

实桥状态下，体外预应力加固后，跨中挠度上拱12 mm；跨中下缘有下缘应力储备为0.30 MPa。

(3)承载能力极限状态。

加固后，从表中可以得出中跨跨中截面受弯的安全系数提高到1.04，由此可知体外预应力加固能够增大桥梁的安全系数。

表1　承载能力极限状态下体外预应力加固结果

注：实际桥梁状态加固的承载能力允许值 Mu 比新建桥梁状态加固的承载能力允许值折减 6%

3.3两种加固效果对比

对比体外预应力加固法与单肋系杆拱加固法效果可知：

(1)两种方法均能将刚构桥加固到合理状态。

(2)跨中截面下缘的拉应力减小两种方法均能达到，并能保证一定的压应力储备，在数值上也相当接近，体外预应力加固的刚构桥跨中下缘的拉应力储备是 0.30 MPa，单肋拱结构加固的刚构桥跨中下缘的拉应力储备是 0.31 MPa。

(3)同等加固程度下，墩顶截面压应力上体外预应力加固法较单肋拱结构加固法大。在实际桥梁状态加固来看分别为11.89 MPa和10.93 MPa。

(4)同等加固程度下，加固效果更好，因为单肋系杆拱加固法可以更多的使刚构桥中跨跨中上挠。

由上述四个异同点进行分析。第一点，两种加固方法都是有效的；第二点，对于中跨，两种加固法都能保证一定的压应力储备，并能等效的提供向上的作用力，从而使跨中截面下缘的拉应力减小；第三点，体外预应力加固法则引起了较大的压力，但系杆平衡了单肋拱系统的水平力，没有对刚构桥产生较大的压力；第四点，单肋系杆拱加固法可以更好地阻止连续刚构桥下挠，主要是因为其结构体系分担了部分变形，且单肋系杆拱能够和刚构桥共同变形，能够对刚构桥的挠度起到长期控制的作用。

参考文献：

[1]邱顺冬．桥梁工程软件 midas civil 应用工程实例(第一版)[M]．人民交通出版社，2011.

[2]楼庄鸿．大跨径梁式桥的缺陷[J]．预应力技术，2004，(2)：35-36.

[3]李新平，王沸仁．基于 MIDAS 的斜拉桥成桥索力优化方法[J]．公路与汽运，2014，(165)：149-151.

Analysis of diseases and external prestressed strengthening technique of long-span continuous rigid frame bridge

LI Xin, YAN Shi-de

(Hunan Xiangzhu Engineering Co.,Ltd., Changsha，Hunan 410004，China)

Abstract:The reasons of the box girder crack are analyzed, and the linear monitoring of M Bridge is discussed. Then external prestressed strengthening technique is designed. Also its strengthening effect is concluded.

Keywords:rigid-frame bridge; external prestressing; strengthening

中图分类号：U445.7+2

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)01-0091-02

作者简介：李欣(1982-)，女，湖南衡山人，工程师，研究方向：桥梁加固处理；颜世德(1979-)，男，湖南茶陵人，工程师，研究方向：桥梁加固处理。

收稿日期：2016-01-01