某预应力混凝土连续梁桥承载力评定与加固方案研究

武加恒

【摘 要】桥梁在实际应用过程中不可避免的会产生各种病害，进而降低桥梁的实际承载能力，影响桥梁的适应性。桥梁承载能力评定是桥梁适应性评定的重要内容，是保证桥梁安全的重要评定指标之一。文中详细地介绍了进行桥梁承载力评定的理论方法与评定过程，并且结合背景实例，进行了承载力评定以及加固方案研究，为以后桥梁提供参考。

【关键词】承载力；评定；加固

中图分类号： U445.72；U446 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）32-0009-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.003

【Abstract】Bridges will produce a variety of diseases inevitably in the actual application， which reduces the actual carrying capacity of the bridge thereby and affects the adaptability of bridges. Carrying assessment is an important index of the bridge suitability assessment and it ensures the safety of the bridge. The article introduces the theoretical methods and assessment process of the carrying capacity. Besides， it combines the backgrounds of one example， doing researches on the carrying capacity assessment and strengthening research， and which provides reference for the future bridges.

【Key words】Carrying Capacity； Assessment； Strengthening

随着近年来经济水平的提高，公路交通事业也得到了很快发展，但目前我国桥梁总体技术状况不容乐观。据统计，2010年，国省县道路危桥18，689座，720，920延米，荷载等级较低（汽-20级以下）的数量众多。随着时间的推移，材质的老化以及交通量的变化，高速公路桥梁也依次进入了病害多发时期，尤其在桥梁承载能力等关系到桥梁安全运营方面存在着不可忽视的问题与隐患，因此，开展桥梁承载力评定与加固方案的研究工作迫在眉睫。

1 桥梁概况

该桥建于1959年，上部结构为拱形梁与墩柱刚接，下部采用桩基接扩大基础。桥跨布置如图1所示。由于年久失修，多处出现钢筋锈蚀、裂缝、混凝土剥落等情况。此外，设计荷载不明等情况致使该桥存在着较大的安全隐患。因此，必须对此桥进行检测，评价其在运营荷载作用下的工作性能。

2 桥梁承载力评定

根据详细检测和荷载试验的结果对本桥进行结构分析、检算和承载能力评估。计算分析包括对桥梁原设计的承载能力和使用性能的复核以及结合详细检测和荷载试验结果考虑旧桥承载能力评定的各项系数的验算，并进行桥梁适应性分析。评定流程如图2所示。

2.1 无损检测

无损检测的目的为测试该桥主体结构混凝土退化程度及目前结构的耐久性能，主要包括以下内容：

混凝土强度、混凝土碳化深度、钢筋保护层厚度。

2.1.1 混凝土强度

本次现场采用无损回弹法对该桥主体承重结构构件的混凝土强度进行检测。现场检测结果：该桥拱形梁混凝土推定值约为20.0MPa；墩柱混凝土强度推定值约为25.0MPa，可以满足强度设计要求。

2.1.2 混凝土碳化深度

混凝土碳化深度檢测主要是对结构的耐久性进行评价，并间接评价钢筋的锈蚀状况。本次桥梁混凝土构件的碳化深度测试结果如下：（1）拱形梁的混凝土碳化深度已超过45.0mm；（2）墩柱的混凝土碳化深度已超过45.0mm；

2.1.3 钢筋保护层厚度

现场检测结果：该桥主体结构拱形梁的保护层约为25mm左右，墩柱的保护层厚度约为30mm左右。

2.1.4 无损检测小结

本次抽检该桥上部结构及下部结构主要受力构件的混凝土推定强度可满足设计要求；

目前该桥主体承重构件钢筋保护层厚度可以满足设计要求。但由于混凝土密实性差，碳化深度大，排水系统损伤等原因致使目前该桥主体承重构件混凝土保护层对构件内钢筋的锈蚀已不能起到有效的抑制作用。

2.2 外观检查

对桥梁的外观状态进行全面检查，本桥桥面系及上下部结构病害照分别如图3～图4所示。

2.2.1 外观检测小结

（1）桥面系检测结果

桥头横向贯通裂缝、护栏底部局部开裂、人行道局部破损。目前桥面系损伤对桥梁结构的承载力及使用安全不会造成影响。

（2）上、下部结构检测结果

拱形梁、墩柱钢筋锈胀导致混凝土开裂剥落，梁体间横向连接板部分存在渗水泛碱现象，个别梁体存在竖向非受力裂缝。目前，上、下部结构损伤虽主要为非结构性损伤，但桥梁主要受力构件钢筋锈胀、混凝土开裂情况较严重，已较大程度的削弱了构件的有效截面，降低了承载能力，需要进一步做荷载试验进行使用性能评定。

2.3 桥梁结构验算

为了保证桥梁静载试验安全有序的进行，需要对该桥梁整体建模分析，利用桥梁现有的结构尺寸、材料等信息，对桥梁的受力性能、状况以及安全可靠性进行分析，并为桥梁静载试验的方案设计提供可靠的参考与依据。

计算分析主要包括以下两个部分：理论计算、模型计算。

2.3.1 理论计算

2.3.2 模型建立

通过对履带-50、挂车-80、挂车-100、挂车-120四种不同车辆荷载进行布载分析，可发现在验算荷载挂车-100的作用下，模型计算所得主梁所受弯矩与主梁极限状态抗弯承载力理论值最为接近，可达到较理想的加载效果。挂车-100车辆荷载作用下模型计算所得结果如表1所示：

综上，静载试验中加载车辆按照汽-20、挂-100标准车辆荷载进行参考选取最大35t加载车进行加载。

2.4 荷载试验及结果分析

静力加载试验主要通过高精度水准仪测量桥梁在车辆荷载作用下的挠度，在上述荷载布置方案下，跨中挠度最大，主要测量L2、L4、L6的跨中挠度，对于挠度最大的对应位置，还需测量该位置纵向线上的其它测点挠度值。

2.4.1 动载试验结果分析

动载试验主要测定了测试跨的结构自振特性，此次试验测试并分析该桥梁在空载作用下的自振频率，包括垂直振动和水平振动。

表明目前虽然主梁由于耐久性损伤导致承载力有一定程度的降低，但由于拱梁结构特点及现浇桥梁的整体性特点保证了目前桥梁仍能提供相应的刚度及较好的稳定性。

2.5 桥梁检测总结

综合现场检测、荷载试验结果，该桥由于拱梁的结构特点及现浇桥梁的整体性特点桥梁的整体刚度在目前状况下尚可满足要求。但桥梁主梁存在较为严重的锈胀等耐久性损伤，使得主梁的承载力有一定程度的降低，安全储备偏低，在重载社会车辆荷载作用下存在较大的安全隐患。故建议对主梁进行专项加固。

3 桥梁加固方案

桥梁主体结构加固方案主要包括以下几种：扩大截面法；体外预应力法；组合结构法。

3.1 扩大截面法

在原主梁的周围浇筑一层15cm厚的钢筋混凝土，通过植筋、凿毛等措施与原混凝土连接，使二者共同受力。

3.2 体外预应力法

在L2、L3、L5、L6梁的位置上各安置一根预应力钢绞线。钢绞线采用1860MPa高强钢束，公称直径4.2cm，，初始预应力值为1300MPa，预应力钢绞线通过横梁转向。

3.3 组合结构法

在原主梁的周围浇筑一层10cm厚的混凝土，通过植筋、凿毛等措施与原混凝土连接，槽型钢板厚1cm，采用栓钉与混凝土连接。各方法结果如下：

3.4 分析结论

（1）四种加固方法对桥梁挠度的减小都有效果都非常明显；

（2）增大截面与组合结构相比刚度增大效果基本相同，但是材料用量多；

（3）體外预应力法主要减少横向裂缝，本桥主要为纵向裂缝，对其耐久性提高作用不大，并且在其减小中跨挠度同时，增大了两侧挠度；

（4）组合结构2与组合结构1相比，对桥下净空影响小，刚度增加小，共同受力能力不如组合结构1，由于本桥对桥下净空要求不高，总体而言，组合结构1优于组合结构2；

综合以上对比分析，最终建议选择的加固方案为组合结构1。

【参考文献】

[1]姚国文.桥梁检测与加固技术[M].北京：人民交通出版社，2014：1-321.

[2]张俊平，姚玲森.桥梁检测[M].北京：人民交通出版社，2002.

[3]张劲泉.公路旧桥检测评定与加固技术研究及应用.北京：交通部公路科学研究院，2005.

[4]孙强.损伤结构桥梁极限承载力分析与加固研究[D].大连理工大学，2011.

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

[6]杜朝伟.在役桥梁结构检测鉴定与加固技术[M].黄河水利出版社，2013.

[7]原国华.在役石拱桥技术状况及承载力评价.2014.