既有铁路连续框构桥加固方法研究

褚 建 华

(上海东华地方铁路开发有限公司，上海 200000)



既有铁路连续框构桥加固方法研究

褚 建 华

(上海东华地方铁路开发有限公司，上海 200000)

结合上海市军工路下穿上港九区既有铁路连续框构桥加固工程实例,分析了该桥梁产生病害的原因，通过结构软件试算了取消梗胁后桥梁的受力性能，提出了相应的加固方案以及注意措施，并对比了加固前后桥梁的力学性能，验证了加固措施的有效性。

连续框构桥，力学性能，粘钢加固法

铁路交通的建设加速了经济的发展，同时也给轨道运输带来了压力，铁路框构桥下穿公路的立交结构形式既缓解了交通拥堵，又提高了空间的利用效率[1]，由于连续框构桥具有结构刚度大，抗剪性能好，施工难度低等优点，因此在很多地区得到了广泛的应用[2，3]。但是由于连续框构桥在使用期间会受到列车动荷载，运输流量，摩擦损耗度等各方面的影响，其结构承载力和刚度均会出现不同程度的降低，为了保证交通运营的安全，采取加固措施对连续框构桥进行加固显得很有必要[4，5]。本文以上海市军工路改造下穿上港九区既有路连续框构桥加固工程为例，分析了连续框构桥的主要病害原因，然后根据结构软件对取消梗胁后桥梁的力学性能进行了试算，并提出了有效的加固方案，同时对比验证了加固前后连续框构桥的力学性能效果。

1 工程概况

军工路铁路立交桥为一座3跨连续钢筋混凝土斜交框构桥，桥梁全长30.43 m。孔跨式样：净跨4.5 m+14.0 m+4.5 m，框构与铁路斜交31.44°，桥上铺设60 kg/m钢轨，普通线路。中孔机动车道为四车道，中间两车道净高4.20 m，两侧车道由于箱身梗胁限制而被限高3.50 m，边孔为非机动车道，如图1所示。

2 连续框构桥主要病害

桥梁在使用过程中会出现路面裂缝，钢筋腐烂，路基不均匀沉降等危害[6，8]，但既有路下穿的连续框构桥出现的病害现象一般为桥梁下部混凝土的脱落和开裂，刚度和强度的下降，很大部分原因是受到既有路下穿车辆的影响，其中主要体现在框构梗胁方面。

框构梗胁出现病害的主要原因是框构梗胁会被超限车辆刮擦削平，造成梗胁内鸭筋、主筋断裂，从而破坏了结构的完整性，削弱了结构的强度，如图2所示。

3 结构受力试算

为了保证连续框架桥的运营安全，采用框构检算软件对梗胁取消前后的桥梁结构进行了受力试算，主要体现在弯矩和剪力两个性能方面，试算结果见表1，弯矩及剪力对比图见图3，图4。

表1 梗胁取消前后对比表

类别梗胁取消前梗胁取消后设计规范值最大弯矩/kN·m252830最大抗剪应力/kN282325最大抗压应力/kN211619

从表1和图3可以看出，梗胁取消后，连续框构桥由于受到局部破坏,原结构内力发生了变动，弯矩值有不同程度的增加，跨度范围也有所扩大，如只对钢筋进行修复很难满足设计要求。

从表1和图4可以看出，梗胁取消后中间竖墙与顶板板趾处抗剪与局部抗压应力均不能满足设计规范容许应力值,因此需采取措施对其进行加固以保证连续框构桥的安全。

4 加固方案

4.1 加固实施条件

运营线加固工程一般会受到各方条件制约，主要有：1)列车运营条件；2)公路面交通限流；3)加固材料性能。考虑到加固受力为二次受力原理，因此本方案实施过程设在无活载条件下进行，同时将列车限速至45 km/h、公路面实行半幅通车、材料的强度达标时间延长至48 h，加固结束后还应拆除便梁，使新老结构共同承担活载作用，满足结构承载能力。

4.2 加固流程与注意措施

1)活载的卸载。为了将活载卸载并保持通车条件，选取D24低高度施工支撑便梁进行架设，因跨度较小拟进行三次架设，其中中间竖墙顶部负弯矩补强加固区架设两次，中孔跨中正弯矩补强加固区架设一次，由于中孔架设时便梁支点的活载在边孔顶板上，所以边孔框架内须用钢排架支撑以满足其刚度要求，见图5。

2)粘钢加固。由于粘钢加固技术在受弯及受拉构件加固中效果明显，同时其受力均匀，基本不影响构件外形，因此本文拟用此方法对结构进行加固，通过在正负弯矩处增加纵向受拉钢材断面，使新老钢材共同抵抗活载作用力，降低原钢筋活载应力幅值的同时，提高结构抗弯承载力，同时在通行道路侧石宽度范围内增设钢结构加劲角方法来加强板趾处的抗剪、抗压强度，如图6所示，结合前面的试算结果综合考虑，桥顶负弯矩处应采用t=10 mm钢板补强，中孔正弯矩处采用t=8 mm钢板补强。

粘钢加固法的主要步骤为：混凝土基面清理→断损钢筋搭焊补缺→聚合物砂浆基面修补、找平→钢板清理及放样加工→混凝土面钻孔、植入化学锚栓→钢板安装→封缝→压力注胶→钢材保护涂装。其中需要注意的是粘贴钢板应按照半幅的进度进行施工，同时钢板的搭接长度需根据设计确定，搭接方式采用锚接，同跨搭接则应在温差变化不大的时间段一次性完成，并在搭接段处使用粘结胶进行连接，以保证其连接效果。而粘钢的加劲角安装则应密贴牢固，安装后与基面接触处应压注粘结胶，保持密贴，共同受力，加劲角空缺处使用点焊连接钢筋，如图7所示，同时还应用膨胀混凝土进行填实抹平。

4.3 加固效果对比

为了验证加固措施的有效性，利用结构检算软件对连续框构桥加固前后的力学性能进行试算得出了表2。

表2 加固前后对比表

从表2可看出，粘钢加固法能够有效提高连续框构桥的承载力学性能，且各项指标均满足现行规范设计的要求,能够达到本次加固设计的目的。

5 结语

通过对既有铁路连续框构桥的主要病害及加固措施的研究探讨，可以得出以下结论：1)既有铁路连续框构桥的主要病害源于下穿公路的超限车辆对梗胁的刮擦和磨损，使梗胁内的受力结构遭到破坏，进而造成混凝土大幅度的脱落，导致整体结构刚度降低。2)通过结构软件对连续框构桥的力学性能试算后发现，梗胁取消后桥梁的弯矩变大，中间竖墙与顶板板趾处的最大抗剪应力和最大抗压应力均不能满足设计规范的要求，需要采取加固措施以保证桥梁的安全。3)通过结构软件检算可知：在桥梁的正负弯矩处增加纵向受拉钢材断面，即在桥顶负弯矩处采用t=10 mm钢板补强，中孔正弯矩处采用t=8 mm钢板补强，既降低了原钢筋的活载应力幅值，又提高了结构的抗弯承载力；而在通行道路侧石宽度范围内增设钢结构加劲角，也能有效提高桥梁的最大抗剪应力和最大抗压应力，说明粘钢工艺的加固效果明显，且加固后的力学指标均能满足设计要求。 4)在进行粘钢法工艺施工时，注意钢板的搭接应采用锚接，不得采用焊接，同时搭接处应采用粘结胶进行缝合加固，粘钢加劲角安装也应与基面保持密贴，且加劲角的空缺处应使用点焊连接钢筋，最后用膨胀混凝土进行填实抹平，保证其施工效果。

[1] JTG H11—2004,公路桥涵养护技术规范[S].

[2] JTG/T J22—2008,公路桥梁加固设计规范[S].

[3] JTG/T J23—2008,公路桥梁加固施工技术规范[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] 铁建设[2010]2141号，高速铁路路基工程施工技术指南[M].

[6] 冯卫星,王克丽.地道桥设计与施工[M].石家庄:河北科学技术出版社,1999.

[7] 王国鼎,袁海庆,陈开利.桥梁检测与加固[M].北京:人民交通出版社,2003.

[8] 范立础.桥梁工程安全性与耐久性展望设计理念进展[J].上海公路,2004(1):1-7.

Study of strengthening method for continuous box structure bridge exsited railway

Chu Jianhua

(ShanghaiDonghuaSubwayDevelopmentCo.,Ltd,Shanghai200000,China)

Shanghai continuous box bridge strengthening project under military road was cited as an example, in accordance with the characteristics of engineering, the major disease of bridge were analyzed. The loading performance were test well through structure software after cancelled the bridge stem side, corresponding reinforcement measures and caution are put forward, it compared the bridge mechanical performance before and after reinforcement, and testified the effectiveness of the reinforcement scheme.

continuous box structure bridge, mechanical performance, sticking steel reinforcement method

1009-6825(2016)05-0205-02

2015-12-06

褚建华(1965- )，男，助理工程师

U445.72

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