钢筋混凝土盖梁顶裂缝的加固方法分析

2020-01-07庞浩

中国应急管理科学 2020年7期

庞浩

摘要：在公路桥梁建设中，桥墩盖梁大多采用了钢筋混凝土结构。而在使用过程中，由于多种因素的影响，经过一段时期的运营，桥墩盖梁多有开裂裂缝等病害发生，影响结构安全。本文依据某工程桥墩盖梁加固实例，分析盖梁受力，对几种加固措施进行比较，选用最合理加固方法，取得较好效果，以期对类似工程实践起到参考作用。

关键词：桥梁;盖梁;加固措施;粘帖钢板;增大截面

引言

在我国公路桥梁建设中，小跨径桥梁数量较多、分布广泛，在小跨径桥梁中，桥墩盖梁、桥台台帽或盖梁大多采用了钢筋混凝土结构。由于盖梁所处的下部结构，在整体桥梁结构中不仅受到上部结构传递的荷载，同时又受到下部结构的影响，在使用过程中，多发生开裂、破损、露筋等病害，且往往是这几种病害同时存在，严重影响结构安全，为桥梁运营带来隐患。笔者长期工作在桥梁运营一线，本文依据某工程桥墩盖梁加固实例，分析桥梁盖梁受力状况，针对性提出几种加固措施和思路，并结合实际进行分析比较，选择最优加固方式予以实施，以期对类似工程实践能起到参考作用。

一、工程实例概况

某大桥中心桩号K0+95656，桥梁全长329.5米，桥面全宽12m。该桥为曲线桥，第7跨上部结构为预应力混凝土空心板梁，其他桥跨的上部结构为钢筋混凝土整体现浇空心板梁，跨径组合为220×16m;下部结构为重力式桥台，双柱式桥墩，1-111#桥墩为桩基础，122-19#桥墩为扩大基础，桥面铺装采用钢筋混凝土结构。桥梁建成后运营至今已有20年之久，在实际运运营养护过程中，该桥曾做过局部部构件的维修加固。

二、桥梁检测情况与分析

2020年7月，检测公司对大桥进行了外观检查、专项检测。大桥技术状况综合评分Dr=68.35分，评分达到3类桥梁标准，但该桥多个桥墩立柱存在较严重的环向开裂现象，其技术状况评定为4类，已影响该桥结构安全，故该桥按主要构件的最差缺损状况，主要构件有大的缺损，严重影响桥梁使用功能评定为4类。

该桥桥墩盖梁存在68条竖向裂缝和40条斜向裂缝，其中大部分裂缝分布在桥墩立柱顶部，且裂缝形态基本为上宽下窄，裂缝长度介于0.3至1.2m不等，裂缝宽度最大为0.5mm，裂缝宽度已超限。

该桥桥墩盖梁存在28处破损、锈胀露筋现象，总面积为2.89m?。3#墩顶左侧挡块受3#跨梁体挤压顶死，且全桥桥墩盖梁均存在渗水、渗白浆等现象。

从检测结果可以发现，桥墩盖梁竖向及斜向裂缝主要分布在立柱顶部，呈上宽下窄形状，沿盖梁侧面自上而下开裂，部分裂缝宽度严重超限。根据资料显示，桥梁运营期间，盖梁产生此类裂缝的主要原因可能有4种。

1.桥梁设计过程中盖梁计算错误，导致盖梁配筋不足，尤其是盖梁计算软件普及以前，当柱间距、桥梁宽度等设计参数改变时，设计人员直接套用标准图，而未进行计算，导致配筋不足，尤其是抗裂钢筋不足;

2.设计理论考虑不足，设计时仅按照抗弯极限承载能力配筋，未进行抗裂设计，导致抗裂钢筋不足，裂缝超限。

3.对于连续的弯起钢筋，如果水平长度太短，不能作为抗弯钢筋计算，有些设计人员将短钢筋作为抗弯、抗裂钢筋计入，导致柱顶抗裂配筋不足，出现裂缝。

4.运营期随着经济增长，超载车辆增加，在超载的影响下，使用荷载效应大于设计荷载效应导致盖梁抗力不足，出现开裂。

三、桥墩盖梁常用加固措施

从上面分析来看，桥墩盖梁主要病害为裂缝病害，而裂缝主要存在于桥墩立柱的顶部位置。根据相关资料和加固经验，常采用的加固处置措施有以下几种：

1.对裂缝采用灌缝封闭处理。灌缝主要解决裂缝所引起的次生病害，对裂缝产生的原因不能起到加固作用。

2.针对荷载引起的受力裂缝，采用粘帖钢板加固。但粘帖钢板属于被动加固，在荷载状态下，首先会由混凝土提供抗力，混凝土产生变形后，钢板起到辅助作用。

3.当荷载提升幅度较大时，建议采用增大截面和增设预应力的加固方式。增大截面不仅可以提升盖梁结构的自身受力性能，同时可以封闭和修复盖梁存在的裂缝、缺损、露筋等病害，但是，增大截面也同时会增加结构自重，增加下部墩柱的荷载。

这几种方式都属于常规加固方式，且在使用过程中会根据桥梁具体情况采用，往往不是一种方式的单独使用，而是两种或多种共同使用。尤其是封闭裂缝的方式，往往作为贴钢或增大截面的前序加固方法使用。

四、桥墩盖梁加固与分析

该大桥盖梁病害较发育，且超限裂缝较多，根据加固设计思路，首先对原桥的盖梁配筋进行复核性计算。由于抗弯钢筋水平长度过短时，在结构抗弯抗裂中不能起到作用，因此，在复核计算中，该部分钢筋不能计入。

1.计算参数

（1）环境条件：使用除冰盐环境，Ⅱ类环境，相对湿度0.7;

（2）结构砼强度：盖梁 C25，墩柱 C25;

（3）非预应力钢筋：钢筋采用 HRB335;

（4）计算荷载：结构重力混凝土容重按26KN/m?，程序自动计入;二期恒载包括桥面铺装和栏杆构件;活载按单向两车道公路-Ⅰ级车道荷载;

（5）荷载组合：按照公路-Ⅰ级车道荷载，考虑荷载组合如下：

承载能力极限状态：1.2恒载+1.4活荷载。正常使用极限状态：1.0恒载+0.7活荷载。

2.盖梁结构分析计算

本桥盖梁结构分析计算中，根据加固方法按照5种情况进行分析：原结构复核计算、盖梁顶贴钢4cm、盖梁侧贴钢4cm、盖梁侧加厚10cm和盖梁侧加厚20cm。本桥加固方案中，盖梁顶面贴钢板规格为长度2.65m，宽度1.2m，单个盖梁共计2根立柱，贴钢2.65×1.2×2=6.36m?。盖梁侧面贴钢板规格为长度2.65m，高度0.6m，单个盖梁共计2根立柱，2个侧面，贴钢2.65×0.6×2×2=6.36m?。也就是說，盖梁顶贴钢和盖梁侧贴钢用钢量相等。

本文采用midas civil分析软件进行建模计算，正常使用状态下裂缝包络图如下：

3.加固结果比较与分析

根据计算，得出5种计算情况下盖梁顶最大裂缝计算结果，进行对比。

5种情况计算结果对比表

从表中数据对比，可以得出如下结论：

（1）原结构正常使用状态下，裂缝严重超限，证明原设计配筋不足。

（2）盖梁侧加厚10cm，尚不能满足裂缝要求，厚度偏薄。

（3）盖梁顶贴钢4cm、盖梁侧贴钢4cm和盖梁侧加厚20cm均满足裂缝要求。且盖梁侧贴钢4cm和盖梁侧加厚20cm加固效果相当，而盖梁顶贴钢4cm加固效果由于其他两种方法。

实际中，由于桥梁上部结构未采用顶升、吊升等工艺，盖梁顶贴钢加固可操作性差。从加固方法的可行性来看，侧面贴钢和盖梁加厚工艺均可采用。另外，本桥除明显的裂缝病害外，检测显示存在较多的破损和露筋病害，因此选用盖梁侧加厚的加固方法更为合适，加厚厚度选用20cm。

结束语

本文从实际工程出发，根据结构计算，分析了盖梁顶贴钢、盖梁侧贴钢、盖梁侧加厚3种加固方法的加固效果，并结合桥梁具体情况，选用最优的加固方法实施加固，经过一段时间的运营，取得较好的效果。根据本桥加固实践可以得出几个结论，供类似工程参考。

1.在相同用钢量下，盖梁顶贴钢对于盖梁顶裂缝的抵抗力提升优于盖梁侧贴钢的方法。