在役钢筋混凝土梁桥横向补强施工技术研究

翟志强

山西远方路桥（集团）有限责任公司 山西大同 037006

1 在役钢筋混凝土梁桥横向病害概述

钢筋混凝土桥梁在公路桥梁中的应用非常普通，也是使用最广泛的桥梁建设主材之一；钢筋混凝土梁桥的受力特性合理，能够充分发挥出钢筋和混凝土材料的优势，且在同等跨径条件下的施工材料成本更加低廉，取材更加广泛，所以不难理解钢筋混凝土结构在桥梁工程中的应用普遍程度。但钢筋混凝土梁也存在诸多缺陷，其中，随着服役年限的增长，结构纵向与横向同时出现的刚度下降是典型问题之一，严重威胁着钢筋混凝土桥梁的正常承载；尤其是针对单片梁借助横向联系组成的预应力简支梁桥而言，由于横向联系结构刚度下降，导致单片梁之间的横向协同受力能力被削弱，横向联系的竖向剪力传递效率明显下降，出现了严重的单梁受力工况，在车辆冲击荷载的长期作用下，必然对主梁结构产生严重的破坏[1]。

引发钢筋混凝土梁桥横向病害的因素主要有以下几方面。首先，设计阶段对结构横向联系构件的刚度设计储备不足，相较于主梁而言，横向联系构件的设计强度及刚度远不及主梁，在长期荷载影响下，主梁横向刚度逐渐劣化，桥梁从全桥协同受力向单梁受力转变，单梁无法承受原设计荷载，最终引发主梁病害；此外，施工质量问题也是造成简支梁横向联系刚度不足的主要原因，以预应力简支T梁为例，由于临近T梁横隔板的标高及横向平直性存在误差，在外荷载作用下，导致横隔板内主筋内应力较大，导致局部混凝土结构出现压溃病害；最后，车辆超载与老旧桥梁承载裕度不匹配成为诱发简支T梁桥横向刚度下降的另一大原因，在长期超重荷载和外部恶劣环境的耦合影响下，本身承载能力就比主梁低的构件率先被破坏，进而造成桥梁单板受力，最终加速主梁病害发展进程。

2 在役钢筋混凝土梁桥加固处治现状概述

通过对在役钢筋混凝土桥梁的加固处治能够切实延长既有桥梁的有效服役时限，尤其是能够最大程度发掘老旧桥梁的剩余价值，对于实现公路桥梁的可持续发展具有重要意义。从宏观上分析，桥梁加固处治的方法主要包括降低结构恒载、对临界状态的构件进行结构补强、提供额外构件、改变原有结构力学体系等方式；在具体的桥梁工程实践中，在对桥梁进行必要的加固处治前，首先应根据桥梁病害情况和程度对桥梁危险等级进行量化评定，从而指导具体的加固处治方案的设计和执行[2]。

以钢筋混凝土梁横向刚度病害为例，目前已经成熟的横向病害加固处治技术主要从以下几方面入手：第一，强化桥面铺装结构，桥面铺装属于桥梁的附属构件，是满足桥面车辆行驶及动载向主梁传递的重要结构体，且对桥梁横向刚度有一定的贡献，能够优化桥面荷载横向分布工况，因此，在桥面横向刚度病害补强处治中的应用较为广泛；第二，加固横向联结构件，以简支T梁为例，横隔梁是简支T梁横向联系的主要承重构件，是确保荷载沿桥梁截面横向分布的主要结构之一，由于横隔梁结构开裂、破损等病害引起的横向刚度不足问题常用粘钢板或粘贴碳纤维材料加固补强；第三，体外施加预应力加固，对于横向刚度不足的多片简支梁桥而言，在横桥向施加横向体外预应力，能够大幅提升结构的横向刚度和整体性，补强效果极佳。

3 在役钢筋混凝土梁桥常用横向补强施工技术分析

3.1 横隔梁本身加固

通过分析部分简支梁横向刚度病害案例发现，横隔梁梁底开裂是造成横隔梁自身刚度下降的主要原因，可参考主梁承载力补强方法，在横隔梁底部和梁侧面粘钢板或者高强度碳纤维材料进行加固补强；一方面，梁底钢板和碳纤维材料能够分担横隔梁底部拉应力，以提高横隔梁的承载能力，另一方面，粘贴钢板或碳纤维材料后能够有效抑制横隔梁裂缝开裂进程，从而延长横隔梁的刚度损失时间。此外，对于部分受损严重的横隔板，由于失去粘贴补强处治条件，可考虑在横隔板下缘增设主筋，随着车辆荷载和交通量的不断提高，原有的横隔梁从适筋梁逐步向少筋梁转变，可在横隔梁下端继续浇筑混凝土“马蹄”，并在“马蹄”内布置单层主筋，且主筋直径应大于原横隔板内主筋直径[3]。

3.2 强化桥面铺装系

作为主梁附属结构设施之一的桥面铺装，在设计阶段尚未将其纳入横向刚度贡献考虑范围，但在实际承载过程中，桥面铺装一方面能够优化车辆荷载向下传递路径，另一方面也能部分提高主梁的横向联结刚度，尤其是随着桥面铺装材料的发展，大量高性能材料被应用到桥面铺装中，桥面铺装对全桥横向刚度的贡献度进一步提升。工程上，常用植筋混凝土铺装层代替传统的桥面铺装系，剔除原有铺装层后，以一定间隔竖向植入钢筋，将钢筋网挂设在植筋上，并与植筋可靠焊接，接着浇筑厚度不低于150mm的整体式混凝土面板，从而提高桥面铺装层与主梁之间的协调受力与变形性能。

3.3 增强主梁横向联结性能

横隔梁是多片简支T梁实现横向联系的主要构件之一，因此，增强主梁的横向联结刚度是提高全桥横向刚度的有效途径。通常情况下，可考虑在原横隔梁基础上增设新的横隔梁，且优先在梁端支设，为了提高新增横隔梁的横向加固效果，可在横隔梁内布置预紧钢筋，同时，在全桥跨中横隔梁位置上下各增设横向加劲系梁，也布置预紧钢筋；预紧钢筋使用高强度钢筋材料制作，钢筋屈服强度不能低于400Mpa，钢筋直径根据横隔梁几何特性确定，使用专用植筋结构胶实现预紧钢筋锚定，预紧钢筋孔道应保证孔径和平顺性满足施工要求，以避免出现过大的孔道内应力。

4 结语

综合以上内容可知，以简支T梁为代表的在役钢筋混凝土梁桥横向病害已经严重影响了桥梁结构的横向刚度，削弱了桥梁的荷载横向分配能力；对此类桥梁开展针对性的横向补强施工处治，能够明显抑制桥梁横向刚度下降进程，有效处治横向病害，对于提高全桥承载强度和刚度具有重要作用。