既有钢结构桥梁检测与加固技术分析

2020-05-21肖大维

中国公路 2020年8期

关键词：墩柱桥墩主梁

肖大维

（1.海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，湖北武汉 430040；2.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北武汉 430040）

一、引言

随着高速公路行业的发展，交通运输量与高速公路桥梁损坏以及不断增加的负载之间的问题日益突出。因此，对桥梁的承载能力进行准确检测评估，选取合适、有效的加固方法确保桥梁安全运行，是亟待解决的重要任务。

二、工程概况

本文选取的实验桥梁桥墩的主要砌筑材料为料石，抗震能力较差。桥梁净空小于最高通航流量，桥面显著偏低。多年来，该桥梁接受过多次的加固维修。为全面提高桥梁的安全性，在此次实验加固维修中，采取了将桥梁整体抬升1.2m的方法。

三、桥梁检测

（一）桥梁外观检测

桥梁外观的检测共分为桥面系、上部结构以及下部结构三部分内容，检测结果显示，该桥护栏有少量的缺损，桥面铺装有较小宽度的横缝，排水系统完好。桥梁上部结构绞缝无明显缺损，梁体基本完整，但存在局部锈蚀。桥梁下部结构盖梁基础正常，无缺损及钢筋外漏，但局部已经出现风化脱落现象。

（二）静载试验

桥梁承载能力的强弱可通过静载试验进行检测，检测后，可以根据桥梁承载能力降低的幅度有针对性地进行加固。本次实验项目的工况以及静载试验结果分别如表1和图1所示。

表1. 工况示意表

图1. 静载试验结果分析

从试验结果可知，静载作用下桥梁结构的应力与位移实测变化值和理论值相差较小，差值在允许范围内，说明该检测结果可靠。桥梁应力以及挠度的实测值与理论值相差较小，但该桥梁结构的应力及挠度实测值总体上仍比理论值小，即该桥梁的实际刚度比理论计算刚度大，说明该桥梁结构应力的衰减程度比预测小，桥梁力学性能较好。

（三）桥梁自震特性分析

本文仅列出部分动力特性测试结果数据，如表2所示。

表2. 动力特性测试结果

通过对该桥梁整体的检测评估后发现，该桥梁工作状态较差，不适宜再有动力荷载作用。桥梁检测结果具体如下：

1.该桥梁整体使用时，具有较好的计算承载能力，但其重要杆件具有较为严重的锈蚀，在一定程度上降低了桥梁的承载能力；

2.该钢桁架桥梁结构主要由小型钢板以及角钢通过热铆接构成，受力体系为简支体系，因维修次数较多，内部有多次受力变化，结构受力较为复杂；

3.桥梁进行水平荷载试验后，测点挠度的理论值比测量值小，测量值大于《公路旧桥承载能力鉴定方法》中所限制的结构校验系数范围，检查发现，原主梁侧面裂缝有显著开裂的趋势，部分裂缝已延伸到翼缘板以下某些位置，且裂缝宽度远超规定范围。在动载试验中，桥梁的理论计算值要小于实测的频率值，表明该桥梁整体满足设计要求，但其较大的阻尼比说明桥梁内部有损伤存在。桥梁的综合评价结果为C级，BCI值为71.15，其承载能力低于汽-15的使用要求。

按照检测结果，该桥梁的加固主要分为三部分内容：一是桥梁外部病害的维修，主要分为裂缝以及锈蚀等，通过修护整修可使其外部特性有所提高；二是加固横梁，鉴于其主梁裂缝恶化趋势较为明显，为保障横梁的结构性能必须采取加固措施，以确保全桥的承载能力；三是加固桥墩，作为支持整个桥梁的结构，现有桥墩由于有裂缝以及钙化的现象出现，对桥梁结构的内力产生了一定的影响，必须进行加固。

四、桥梁加固

（一）桥梁加固方法

本文综合考虑了三种加固方法，即粘贴钢板法、体外预应力法以及碳纤维加固法，从结构因素方面考虑，三种加固方法均满足承载能力极限状态的要求，而在桥梁正常使用极限状态的要求中，粘贴钢板法以及体外预应力法的裂缝宽度均能满足要求，碳纤维加固法则略超规范要求。从经济方面考虑，碳纤维加固法施工成本较高，而另外两种加固方法则比较经济实惠。综合上述分析，应该将该桥梁的上部结构向上抬升1.2m以满足泄洪要求；修缮桥梁结构中存在破损的构件并进行涂装；将原先桥墩带有病害的混凝土表层凿除，并将主钢架保留下来，重新铺筑外层厚度约为20cm的混凝土，确保新铺筑的混凝土可靠连接基础，并对桥墩表面混凝土采取仿面处理；在先前加固桥墩的基础上，采用混凝土将墩顶整体接高1.2m，并对表层混凝土进行仿面处理。

（二）加固方案的实施

1.墩柱预支撑

鉴于加固施工时河水的影响，此次所采取的是钢围堰法。由于旧桥施工时，未在盖梁顶部的支座下设置混凝土块以对主梁纵坡进行调节，这样就导致主梁承担2%的恒载水平推力，再加之温度以及制动力等因素的影响，导致桥梁承受的水平推力较大。若将第一跨梁吊起，二号梁将会承受如排架似的受力，为避免水平推力对墩柱的影响，需采用斜撑将二号连同三号墩柱一起进行加固处理，以确保墩柱稳定。事先确定加固的位置，在水流落潮时，用挖泥船打下长为6m、直径为1.5m的钢管脚装，在脚桩上固定20号槽钢，并在墩柱抱箍处固定另一端，具体如图2所示。

图2. 墩柱加固设计图

2.横梁加固

在原有桥梁的承载力范围内，采用插入锚固钢筋的方法使桥台盖梁的悬臂长度有所增加，为了确保旧桥与新桥的协同能力，应增加新桥主梁尺寸，提高边梁的刚度，对桥梁荷载的横向分布系数进行调整，以达到降低原梁负担的目的。将旧桥悬臂段切掉大约10cm的长度，使旧桥露出更多的悬臂钢筋，便于焊接加宽部分桥梁的钢筋，提高桥梁之间的协同工作性。为使新旧桥梁钢结构之间的连接有所增强，将原桥面顶面有效焊接在一起，以使新旧钢结构共同工作，主梁工作计入桥面铺装层，主梁增加了6cm的有效高度。