既有钢筋混凝土桥梁状态评定与维修加固方案研究

孙晓红

(中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014)

1 工程概况

随着区域社会经济的快速发展，盐靖高速作为江苏省的交通大动脉，交通量持续增长，现有道路已不能适应交通量快速增长的现状，迫切需要进行扩建。而既有桥梁的检测评价及对策研究对扩建项目的规模、保通、运营维护及社会影响起着决定性的作用，桥梁扩建利用方案的成败优劣直接影响到行业主管和政府部门的决策，是高速公路扩建研究的重要内容之一。

本项目起点为盐靖高速与204国道交叉处，终点连接沪陕高速广陵枢纽，路线全长约152 km，途经盐城市亭湖区及盐都区，泰州的兴化市、姜堰区及泰兴市。其中204国道至兴化安丰、姜堰桥头至广陵段2001年建成通车，兴化安丰至姜堰桥头段2002年建成通车，设计速度均为100 km/h，路基宽度均为25.5 m。

2 既有桥梁承载能力评定方法

2.1 验算规范

2.1.1 汽车荷载

对于老规范，汽车荷载采用汽车-超20级，挂-120，对于新规范，按公路-I级加载，同时相比2004通用规范，2015通用规范对车道荷载的集中荷载又作了提高。

2.1.2 冲击系数

对于钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁，新老规范的冲击系数分别见表1。

表1 新/老规范冲击系数

本次验算，冲击系数均为MIDAS Civil计算结构基频，并按新规范公式计算所得。

2.1.3 温度梯度

对于老规范，按照桥面板升降温5°C考虑。新规范的竖向温度梯度如图1所示，竖向日照反温差为正温差乘以0.5。

图1 竖向温度梯度(尺寸单位：mm)

图1中，A为混凝土结构,当梁高H小于400 mm时，A=H-100(mm)；梁高大于或等于400 mm时，A=300 mm；带混凝土桥面板的钢结构A=300 mm；t为混凝土桥面板的厚度,mm。

2.2 拼宽前后既有桥梁横向分布系数

对于装配式组合结构，拼宽桥梁新建部分对既有结构有协同受力的作用，横向拓宽对既有桥梁结构的受力状态、特点有较大的影响。因此，本次检算针对拼宽后的桥梁标准断面进行计算。本次盐靖高速公路扩建工程采用上部结构连接、下部结构分离(桥台上、下连接)的拼宽方案，扩建后由原来的25.5 m标准断面变为42.0 m标准断面。

以20 m、25 m预应力宽幅空心板梁结构为例，综合阐述拼宽对既有桥梁横向分布系数的影响。表2为拓宽前后预应力宽幅空心板梁横向分布系数，既有桥梁编号原则均为以中央分隔带为中心，从外向内编号。

表2 拓宽前后板梁横向分布系数对比分析表

图2为拓宽前后宽幅空心板梁横向分布系数分布图。

图2 拼宽前后空心板梁横向分布系数分布图

由表2、图2可知，其余板梁横向分布系数均有不同程度的降低，且变化呈明显规律，即越靠近拼宽连接处的既有板梁，横向分布系数下降率越大，既有桥梁原外边板转换为中板，下降率达48.17%。拼宽后既有桥梁横向分布系数由外向内呈逐渐减小。

20 m、25 m宽幅空心板梁拼宽前后横向分布系数变化规律基本一致，由此可知其他跨径、类型组合结构拼宽前后横向分布系数亦是如此。总体而言，靠近拼宽处横向分布系数拓宽前后变化显著，对承载能力评定有较大影响。因此，本报告中盐靖高速既有装配式组合结构桥梁极限承载能力评估均考虑拼宽对横向分布系数的影响。

3 既有桥涵结构加固方案

针对20 m预应力混凝土宽幅空心板梁桥承载能力不足状况，对于内边梁抗弯加固，初步拟定方案包括粘贴钢板、粘贴碳纤维布、预应力碳纤维板及桥面补强层(截面增大)加固；对于内边梁抗剪加固，初步拟定方案包括腹板粘贴钢板、空腔植筋加固及腹板增大截面加固。

3.1 20 m宽幅空心板梁桥内边板抗弯加固

3.1.1 粘贴钢板加固

20 m预应力混凝土宽幅空心板边板底板粘贴4片宽150 mm，厚度为5 mm的Q235B钢板，钢板粘贴面积为9 m2，钢板防腐涂装9.6 m2，M10螺栓个数320根，如图3～图5所示。

图3 20 m预应力混凝土边板粘贴钢板加固设计平面图(单位：cm)

图4 20 m预应力混凝土边板粘贴钢板加固设计横断面图(单位：cm)

图5 20 m预应力混凝土边板粘贴钢板锚栓布置图(单位：cm)

3.1.2 粘贴碳纤维布加固

20 m预应力混凝土宽幅空心板边板底板粘贴双层碳纤维布、满铺，粘贴碳纤维布总面积为23.92 m2，碳纤维布涂装23.92 m2，如图6所示。

图6 20 m预应力混凝土边板粘贴碳纤维布加固设计平面图(单位：cm)

3.1.3 预应力碳纤维板加固

20m预应力混凝土宽幅空心板边板底板布设3片50×2型号预应力碳纤维板，预应力碳纤维板的总面积为2.4 m2，锚具数量6套，M12螺栓12根，M16螺栓36根，如图7所示。

图7 20 m预应力混凝土边板预应力碳纤维板加固设计平面图(单位：cm)

3.2 20 m宽幅空心板梁桥内边板抗剪加固

对比分析内边梁腹板粘贴加固、增大截面加固及板梁空腔植筋加固方案，板梁空腔植筋加固方案工序复杂，成本高，工期长且需封闭交通；腹板增加截面加固方案同样工序较复杂，工期长且需封闭车道，成本也较高。因此，专题推荐对20 m宽幅空心板梁桥内边梁抗剪加固采取外侧腹板粘贴钢板加固方案，方案如下：

20件m宽幅空心板梁桥内边梁腹板粘贴宽150 mm、厚5 mm的Q345-C斜向钢板；腹板上、下缘粘贴宽100 mm、厚4 mm的压条钢板。5 mm厚钢板粘贴面积为1.092 m2，4 mm厚压条粘贴面积0.995 2 m2，钢板防腐涂装2.09 m2，M10螺栓个数92根。

采用上述内边梁抗剪加固方案，单片20 m宽幅空心板内边梁承载能力提升状况见表3，加固工程量及费用见表4。

图8 20 m宽幅空心板边板粘贴钢板加固设计横断面图

表3 20m预应力混凝土宽幅空心板内边板加固后承载能力提升表

表4 20 m预应力混凝土宽幅空心板内边板加固方案工程量及费用对比表

20 m PC宽幅空心板梁桥主梁抗弯、内边梁抗剪加固均易实现，同时，考虑到20 m PC宽幅空心板梁桥规模大，分布分散等特点，加固后拼宽利用优势明显。经综合比选，建议20 m PC宽幅空心板梁桥既有桥梁加固后拼宽利用。对于内边梁抗弯加固，粘贴钢板可有效增加承载能力，并对刚度有一定提升，同时经济性、耐久性等均具有一定优势，推荐内边梁采用粘贴钢板抗弯加固方案；对于内边梁抗剪加固，推荐采用内边梁腹板粘贴斜向钢板抗剪加固方案，其有效提高结构承载能力，并不影响加固结构的使用空间，桥梁自重增加较小，成本也较低。

4 结束语

在桥梁日常养护管理过程中，要定期调查桥梁状况，根据不同的损坏情况和部位，制定有效的养护维修方案，延长桥梁使用寿命，保证桥梁正常通行，维护人民生命安全，促进了国家现代化建设的快速发展。