浅析30m简支转连续预应力箱梁桥维修加固及工程应用

摘 要：30m简支转连续预应力箱梁桥是被广泛采用的的一种桥型，然而，在运营过程中桥梁出现了不同程度的病害，影响桥梁的使用性能。本文以实际加固工程为例，分析了30m简支转连续预应力箱梁桥维修加固措施在工程实际中的应用，为类似桥梁的加固提供参考。

关键词：简支转连续；预应力箱梁桥；桥梁加固；病害

30m简支转连续预应力箱梁桥具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好等优点，是被我国广泛采用的的一种桥型[ 1 ]。近年来随着车辆数量的不断增加，桥梁在运营中出现不同程度的病害，需要对其进行加固维修提高使用性能，才能满足现代交通发展的需要。

1 简支转连续预应力箱梁桥典型病害分析

根据已运营的简支转连续箱梁桥的实际情况，简支转连续预应力箱梁桥典型病害主要有主梁下挠和梁体开裂两大类[ 2 ]。

1.1 主梁下挠

跨中下挠是预应力连续梁桥最普遍存在的问题，主梁跨中下挠过大将造成梁体开裂、刚度降低，进而影响桥梁的使用性能。预应力混凝土梁桥跨中下挠是一个比较复杂的问题，除了荷载外，结构刚度是影响下挠的主要因素，箱梁的刚度与结构布置、混凝土开裂程度、预应力损失、施工质量和混凝土收缩徐变特性等都有关系[ 3 ]。

1.2 梁体开裂

上部结构出现的裂缝主要有箱梁顶板和底板的纵向裂缝、箱梁腹板的斜向裂缝，尤其是在是靠近边跨现浇段范围内两侧腹板易出现45°斜裂缝。混凝土箱梁桥的裂缝大多数为受力裂缝，且宽度较大[ 4 ]。造成箱梁开裂的因素比较多，主要有预应力因素，收缩徐变、支座沉降、温度梯度、移动荷载、箱梁剪力滞效应，翘曲、扭转和畸变应力，构造因素等[ 5 ]。

2 常用加固方法

目前简支转连续预应力箱梁桥常用的加固方法主要有：

2.1 增大截面加固法

增大截面加固法又称外包混凝土加固法，是通过增大构件的截面来提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性，从而达到加固的目的，其也可用来修补裂缝[ 6 ]。

2.2 粘贴加固法

粘贴加固法是采用化学粘结剂将补强材料粘贴在结构外部以提高构件的承载能力的一种加固方法。

通常采用的补强材料有钢板和碳纤维，它们都具有良好的抗拉性能。将补强材料粘贴在梁的受拉区时，不仅提高梁的抗弯承载能力，而且对梁的抗剪承载能力也有提高，粘贴在梁的侧面时能提高梁的抗剪能力[ 4 ]。

2.3 体外预应力加固法

体外预应力加固法是把预应力筋布置在主体结构之外，在结构体外施加预应力，以预加力产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，从而提高主梁的使用性能和承载力，减少或避免裂缝的出现，其具有加固、卸载、改变结构内力的三重效果[ 6 ]。

3 工程实例

3.1 工程概况

迎宾大桥为简支转连续预应力混凝土箱梁桥，跨径为6×30m，桥梁全长187.0m，原设计荷载为汽超-20级，挂车-120，桥面净宽为2×11.0m，设计车道为双向4车道，下部结构为矩形空心墩和肋板式台。该桥在检测时发现病害，根据对桥梁损伤的整体评估提出了相应的维修加固方案。

3.2 病害分析

该桥存在的主要病害如表1。

通过对病害的分析，主梁在 1/4 跨和3/4 跨区段内抗剪承载力不足；在使用阶段，预应力混凝土连续箱梁腹板混凝土主拉应力不满足要求，以致腹板出现斜裂缝。

3.3 维修加固方案

基于对桥梁外观检测结果的分析，针对桥梁不同的部位和不同病害，选择可行的维修加固方案：

3.3.1采用压力灌浆法封闭裂缝

对于裂缝宽度小于0.15mm的裂缝采用改性环氧树脂胶封闭裂缝，对于裂缝宽度大于等于0.15mm的裂缝采用压力灌浆封闭裂缝。

压力灌浆封闭裂缝加固维修法是将浆液灌满结构内部裂缝，再采用抹浆、凿槽嵌补、喷浆、填缝的方法使梁体表面裂缝封闭，具体施工工艺为：钻孔→清空→粘贴灌浆嘴→压气试验（检查封闭带是否封严）→灌浆→表面封闭处理。

3.3.2采用粘贴钢板加固端横梁

对于端横梁裂缝，采用粘贴钢板进行加固。加固钢板采用1cm厚的Q235钢板制作，在粘贴钢板前，先进性裂缝封闭或灌缝处理，再凿除需粘贴钢板混凝土表面6～8mm厚的表层砂浆，使坚实的混凝土外露，整平粗糙面；同时对钢板也要进行除锈和粗糙处理；在混凝土上打孔植筋，安装钢板，用密封材料封边，压力注胶，要确保粘结剂饱满，最后对钢板表面进行防腐处理[ 7 ]。

3.3.3采用碳纤维加固法加固主梁

对于箱梁整体结构受力性能下降，采用碳纤维加固法提高主梁承载力，即在箱梁底板处设置5道碳纤维板进行加固，碳纤维板规格为2500×10cm，厚度为1.2mm，碳纤维布压条规格为150×30cm，如图1所示。

施工关键技术：

1）对需要粘贴碳纤维板部位的混凝土基层表面用角磨机打磨处理，保证混凝土表面平整。

2）将碳纤维板粘贴面在粘贴前用丙酮和毛巾擦拭干净，将粘板胶按规定比例进行配制，保证粘板胶均匀拌合及粘板胶内不产生气泡。

3）在碳纤维板上涂抹的粘板胶应呈中间厚两边薄状，平均厚度不小于2mm，将涂有粘板胶的碳纤维板轻压粘贴到构件上，用专用滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使粘板胶从两边溢出，确保粘结密实无空洞，在碳纤维板下用支架进行支撑，直至粘板胶固化完毕[ 7 ]。

3.4 加固效果分析

采用Midas软件建立有限元模型，对迎宾大桥加固前后受力进行分析计算，桥梁加固前后对比分析如图2所示。

通过对桥梁加固前后的受力对比可知，桥梁加固后抗弯承载力明显提高，跨中截面抗弯承载力提高约为10%，L/4截面抗弯承载力提高约为20%，说明此加固方法对提高桥梁使用性能和承载力具有明显效果。根据计算结果知，支点负弯矩截面抗弯承载力基本不变，加固前后最大挠度值基本不变，说明此加固方法对减小桥梁变形作用不明显。

4 结语

本文总结了预应力混凝土简支转连续箱梁桥典型病害和常用加固方法，以实际加固工程为例，通过对病害分析和加固前后对比，分析了30m简支转连续预应力箱梁桥维修加固措施在工程实际中的应用，为同类桥梁的加固提供参考。

参考文献：

[1] 王伟.30米简支变连续箱梁桥加固设计优化及工程應用[D].长安大学硕士论文，2015.

[2] 任朝辉.预应力混凝土连续梁桥病害分析及体外预应力加固研究[D].哈尔滨工业大学硕士论文，2014.

[3] 张树仁，王宗林.桥梁病害诊断与改造加固设计[M].北京：人民交通出版社，2006.

[4] 李卫青.公路预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析及加固设计[J].北方交通，2014（9）：28-31.

[5] 孙文智，李海光，梁冰.预应力混凝土连续箱梁桥加固措施浅析[J].公路交通技术，2010（2）：82-86.

[6] JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[7] JTG/T J23-2008，公路桥梁加固施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2008.

作者简介：张亚龙（1986-），男，研究生，助理工程师。