花庄河大桥主桥钢箱梁顶推滑移施工技术研究

杨杰

摘要：云南某山区高速公路在通车后发现某预应力混凝土T梁桥在腹板位置出现了多条结构裂缝。文章结合该桥的检测、评估工作，从检测流程、检测方法、病害评估及建议等方面详细介绍预应力混凝土T梁桥病害的评估过程，以为同类预应力混凝土T梁桥病害评估提供参考。

Abstract： After the opening of a highway in a mountainous area in Yunnan， a prestressed concrete T-girder bridge was found to have multiple structural cracks at the web. This paper combines the detection and evaluation of the bridge， and introduces the evaluation process of the prestressed concrete T-beam bridge disease from the aspects of detection process， detection method， disease assessment and suggestions， in order to provide reference for the disease assessment of similar prestressed concrete T-beam bridge.

关键词：桥梁;T梁;腹板;结构裂缝

Key words： bridge;T beam;web;structural crack

中图分类号：U445.4                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2018）34-0159-03

0  引言

某高速在通车运行两年内，发现多座预应力混凝土T梁桥出现了开裂等病害，其中里程号K103+069预应力混凝土T梁桥腹板产生了多条连续性结构裂缝。这些为结构裂缝导致桥梁存在结构安全隐患，对结构承载力及耐久性有影响的病害，因此有必要进行进一步的检测、评估与加固。

本文结合该桥的处理过程，從检测方法、病害评估、加固方案制订等方面详细介绍预应力混凝土T梁桥病害的处治过程，以为同类预应力混凝土T梁桥加固处理提供参考。

1  预应力混凝土T梁桥病害简介

该桥的桥型为：7×30m预应力混凝土连续T梁，病害描述：1-1#T梁：距A端16.6m处，腹板（腹板高170cm）左、右侧各有1条斜向裂缝，L=156～160cm，δmax=0.14mm。2-3#T梁：距A端7.9～21.9m处，腹板（腹板高170cm）左、右侧各有17条结构性裂缝，L=75～154cm，δmax=0.16mm;距A端6.3m、19.0m腹板右侧各有1条结构性裂缝，L=47～110cm，δmax=0.06mm;距A端23.5m处腹板右侧有1条斜向裂缝，L=120cm，δmax=0.08mm，向梁底延伸6cm。2-5#T梁：距A端17.9m处，腹板（腹板高170cm）左、右侧各有1条结构性裂缝，L=145～152cm，δmax=0.20mm。5-1#T梁：距B端11.37m处，腹板（腹板高170cm）左、右侧各有1条结构性裂缝，L=157～160cm，δmax=0.14mm。5-2#T梁：距B端16.6m处，腹板（腹板高170cm）左右侧各有1条结构性裂缝，L=105～109.5cm，δmax=0.16mm。（图1）

2  病害评估的思路与流程

2.1 评估目的

评估的目的是通过检测、分析，对T梁裂缝的成因有一个明确的判断，对结构的承载能力有一个准确的结论，为下一步裂缝的处治方案提供基础支撑。为了实现以上目的，需对T梁做相应系统的分析评估。

2.2 评估程序

资料收集：对本项目相关的原设计资料、历次检测资料、必要的施工记录等资料进行收集整理，为安全评估做相应的基础数据收集。

裂缝发展趋势分析：分析在两年的试运营过程中，裂缝的发展趋势及规律，为裂缝的成因分析提供参考。

荷载试验：通过静载试验，测定桥跨结构的静力效应（静应变、静挠度等），了解结构在荷载作用下的实际工作状态，直接了解桥梁结构承载力情况以判断桥梁实际承载能力;通过动载试验，测定桥跨结构的动力性能;进一步对桥梁结构的承载能力进行综合评定。通过荷载试验，判断桥梁（T梁或现浇箱梁）的承载能力是否满足设计要求。

有效预应力检测：通过有效预应力测试，并结合结构线形分析结果，判断桥梁的正常使用阶段应力是否满足设计要求。

裂缝成因分析：综合以上检测、分析评定结果，并结合结构验算分析，对裂缝的成因做出较为明确和清晰的判断。

3  病害评估结果

3.1 裂缝发展趋势评估

本次评估对2012年至2014年以来全线桥梁的结构性裂缝进行统计，分析在两年的试运营过程中，裂缝的发展趋势及规律，为裂缝的成因及性质分析提供参考。对比2012年和2014年的检测结果并结合检测分析可知，现有裂缝多在两年试运营过程中产生。

3.2 T梁几何形态参数测定结果

预应力混凝土T梁在预应力作用下、在考虑混凝土收缩徐变、二期恒载等因素作用下，T梁仍具有一定的反拱值。实践测量经验证明，实测反拱值均小于理论反拱值，但实测线性处于上拱/下挠状况能基本反映梁体无结构性裂缝或结构性裂缝不严重/结构性裂缝较为严重。故对T梁进行几何形态参数测定以对T梁做定性分析。

T梁梁底线形采用全站仪进行测试，通过在T梁腹板底部粘贴反光片作为测试目标，通过全站仪逐点进行测量由此测得梁底线形。理论线形计算时仅考虑了自重、预应力、二期（桥面铺装和防撞墙）以及运营两年的混凝土收缩徐变四项荷载，未考虑温度荷载、沉降以及汽车等荷载，并且未考虑预制T梁时设置的梁底反拱。

由实测的桥梁相对线形结果分析可知：实测线性相对于梁首尾连线的关系（上拱或下挠）与T梁结构性裂缝的程度、特征具有一致性，实测3片T梁（均不同程度竖向开裂）均下挠，与设计的理论值不一致。（图2）

3.3 钢绞线有效预应力检测结果

在桥上选择一个测点进行钢绞线预应力检测，现场钻孔检测情况见图3所示，该桥2-3#梁腹板两侧各有17条竖向裂缝、2条竖向裂缝、1条斜向裂缝;通过打开梁体波纹管后钢涑注浆不饱满并存在大量出水现象。

预应力筋应力检测结果见表1所示。理论计算初始张拉应力根据设计取为1395MPa，且考虑成桥的徐变效应对预应力损失进行折减后取值为1158.5MPa。表中钢绞线预应力实测值与计算值均为恒载作用下结果。

通过计算不同设计状态下的理论值，形成实测值与理论值的相对关系见图3所示。

图中原设计值表示按原设计计算，成桥后2年后再徐变等效应下尚存的有效预应力。A类临界值表示按A类构件设计，有效预应力需保证的下限值。低于此值，则不满足A类构件设计要求，且梁底拉应力可能导致裂缝的产生。B类临界值表示按B类构件设计，成桥后2年后再徐变等效应下尚存的有效预应力，若低于此值，梁底拉应力产生的裂缝将超过0.1mm。由此可知：本次所测钢绞线恒载有效预应力实测值均比理论计算值较低。2-3#、不能满足A类构件设计，梁体出现了裂缝。

3.4 桥梁荷载试验结果

3.4.1 静载试验结果

①结构刚度。

试验荷载作用下，各控制截面的实测挠度小于计算值，挠度校验系数介于0.16～1.09之间，低于或处于规范规定的常值范围（0.60～1.10）。静载试验结果表明，试验桥跨结构刚度满足设计要求。

②结构强度。

试验荷载作用下，实测应力总体正常，应力校验系数处于0.42～1.07之间，和规范规定的常值范围（0.60～1.10）接近。静载试验结果表明，试验桥跨测试截面的结构受力正常，结构强度满足设计要求。

3.4.2 动载试验结果

动荷载试验进行了振型计算、自振频率测试、行车动力响应计算。得到自振频率结果如表2所示，动力增大系数如表3所示。

检测结果分析：桥梁前三阶竖向弯曲自振频率实测值分别为4.69Hz、5.47Hz、7.23Hz，与计算自振频率的比值介于1.03～1.22之间，实测自振频率大于计算频率，表明结构实际刚度大于计算刚度，与静力试验的检测结果相符。单车30km/h、40km/h、50km/h行车试验，中跨跨中截面（J3）的實测应变增大系数为1.14，较设计规范取值（1+μ=1.26）偏小。行车动荷载作用下，测试截面的动力响应正常。动载试验结果表明，试验桥梁桥跨结构的实测自振特性以及测试截面的行车动力响应正常。

3.4.3 荷载试验结论

桥梁桥跨结构刚度满足设计要求;桥跨结构受力正常，结构强度基本能满足设计荷载要求。在试验荷载下，试验后对裂缝进行了复查，缝长、缝宽均无发展，表明试验荷载下裂缝状态较稳定。动载试验结果表明，桥跨结构的实测自振特性以及测试截面的行车动力响应正常。综上所述，静、动力荷载试验的结论意见为：在试验加载过程中结构基本呈弹性工作状态，满足规范要求，试验桥跨结构承载力满足设计荷载（公路-I级）的要求。

4  结论与建议

4.1 预应力T梁裂缝成因分析

结合T梁裂缝形态、分布和钢绞线有效预应力测试结果，分析梁体裂缝主要成因如下：

①施工期间混凝土浇筑完成后，施工养护可能不当。而腹板面积较大、较薄，失水较快，且腹板钢筋配筋较马蹄和翼板少，对混凝土的约束较弱，导致腹板混凝土收缩受到了马蹄和翼板的约束而受拉，产生的拉应力超过混凝土抗拉强度开裂。此外混凝土配合比及添加剂的不合理，也可能导致梁体表面出现收缩裂缝。

②抽检T梁钢绞线恒载有效预应力实测值均小于A类构件限值，梁底拉应力超限，在运营荷载作用下梁体开裂。大部分T梁腹板竖向裂缝始于翼板倒角与腹板结合处，部分裂缝下端止于马蹄与腹板结合处，部分止于马蹄斜面，部分止于马蹄下部侧面。分析其原因为荷载作用下，跨中区域下部受拉，原腹板表面收缩裂缝下端受拉而发展;部分T梁有效预应力较低也促使了裂缝的向下发展。但由于马蹄区域配筋率高，钢束、钢筋、箍筋的套箍作用抑制了裂缝的发展，所以多数裂缝至于马蹄区域，几乎未贯通梁底。

综上所述，在预应力有效值降低和超载共同作用下，导致了裂缝的产生，且由于腹板是构造上的薄弱位置，在多种因素影响下，裂缝主要存在于腹板区域。

4.2 加固建议

①建议对梁体裂缝根据裂缝宽度进行处理：裂缝宽度<0.15mm，采用环氧树脂胶泥进行封闭;裂缝宽度≥0.15mm，采用低压注射环氧树脂胶进行修补，并对处治后的裂缝加强观测，对裂缝处治后再在腹板纵桥向粘贴碳纤维布。

②对裂缝病害严重的梁体采取体外预应力进行加固补强，抑制裂缝的进一步发展，提高结构的承载力及抗裂能力，使梁体保持在A类构件的设计水平。

③建议每隔一定时间对桥梁结构裂缝进行定期检测，根据裂缝、线形的发展状况及时采取相应处治措施，保证桥梁结构处于一个良好的工作状态。加强通行荷载的监测与统计，应对超载车辆采取限制措施，避免超载作用下结构裂缝的发展，并保证结构安全。

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