桥面补强法在旧桥加固中的应用研究

2021-05-20杨磊

北方交通 2021年5期

关键词：梁体挠度校验

杨磊

(辽宁省交通科学研究院有限责任公司沈阳市 110015)

公路桥梁是国家和地区交通运输系统的重要组成部分，针对一些交通繁忙、病害严重、拆除难度大的旧桥，及时采取维修加固措施是当今较为稳妥的做法。下面从适用条件、力学影响、附加影响等方面，对桥面补强加固法进行介绍研究。

1 桥面结构补强法

1.1 桥面结构补强法适用条件

桥面结构补强加固法主要适用于桥梁的桥面板结构或梁体承载能力不够，刚度显著不足，或者板、梁的铰缝横向传力效果不强等情况。由于考虑到自重的影响，结构补强层的总体厚度会受到限制，因此该加固方法更多地适用于中小跨径的桥梁结构。

1.2 桥面结构补强法的附加影响

桥面结构补强加固法将使梁体或桥面板的恒载增加，因此应先计算桥面增加厚度后是否能够提高桥梁的承载能力，如果桥梁结构恒载增加影响显著，则应考虑其他方法。另外，通过加铺桥面补强层厚，整体的高程也将引起变化，桥头引道或桥面纵坡应进行适当调整。

1.3 桥面结构补强法的力学特点

利用桥面补强法进行结构加固时，属于二次受力结构，原结构在加固前已经受力，加固后补强层并不立即受力，只有在新增荷载的作用下才开始受力。

当构造物结合面上混凝土强度可以达到原有梁(板)与补强层的整体受力的工作性能，所形成的加固构件就是具有组合构件的分阶段受力特点的组合梁(板)，具有“后浇混凝土受压应变滞后”“荷载预应力”和“受拉钢筋应力超前”等结构特性。

原有梁(板)与补强层的结合面处于复合受力状态。通过结合面可以传递压力，但对于拉力和剪力，由于结合面上的混凝土所具有的抗拉和抗剪能力较弱，极易出现结构裂缝。当结构设置结合钢筋，结合面局部产生水平裂缝后，伴随结合面的相对位移增大，裂缝宽度也随之增加，则结合面钢筋产生拉应力，而其反作用力对结合面形成了约束作用，致使裂缝受到抑制，剪力通过结合面上钢筋的销栓作用和混凝土的骨料咬合摩阻力来传递。结构的承载力由其它强度指标控制，不会产生沿结合面的破坏状况。

2 工程实例

2.1 项目概况

某桥梁建成于2001年，桥跨组合为9-25m，桥长231m。上部结构为预应力混凝土简支T梁，下部结构为双柱式墩，肋板台，桩基础，桥面铺装采用防水混凝土，厚度13cm，强度等级C40。桥梁设计荷载为汽-20级，挂-100。

2016年对该桥进行定期检测，发现梁体横向联系较弱，且桥面纵向裂缝较多，局部呈现单板受力状态，个别梁体已出现竖向裂缝。针对这种情况立即采取了特殊检测，检测结果显示该桥的结构强度和刚度均不能满足设计文件的要求。因此，同年对桥梁采用桥面补强层加固法进行维修加固，具体过程为：凿除旧桥面铺装层和铰缝混凝土，用厚度为15cm的水泥混凝土(C50)桥面补强层取代旧桥面铺装，并将补强层和铰缝混凝土同时浇筑成一体，提升了梁体的抗弯刚度，改善了铰接梁板的荷载横向分布，进而达到提高桥梁承载能力的目的。

2.2 静载试验桥孔选择与工况

根据桥梁结构的外观检查结果，对最不利桥跨(第3孔)进行荷载试验，通过加固前后试验数据的比对，分析加固方法的有效性。

桥梁设计荷载为汽-20级，挂-100，通过模型计算选取双后轴加载重车4辆作为等代荷载，车辆轴重及轴距见图1，桥面采用偏心布置，见图2。

图1 加载车辆轴重及轴距示意图

图2 加载车辆横向布置图

静载试验效率按式(1)计算，正弯工况的试验效率见表1，满足规范要求。

(1)

其中：Ss—静载试验的控制截面内力计算值；

S—荷载作用下截面最不利内力计算值；

1+μ—冲击系数。

表1 各试验工况静载试验效率表

2.3 静载试验结果与分析

2.3.1加固前荷载试验检测

在第3孔跨中最大正弯矩工况作用下，跨中截面各T梁的挠度及应力的实测值、理论值、校验系数见表2。

2.3.2加固后荷载试验检测

对该桥进行桥面补强结构加固，并利用荷载试

表2 加固前试验荷载作用下的实测值

验验证加固效果，加固后跨中截面各梁测点挠度、应力的实测值、理论值及校验系数见表3。

表3 加固后试验荷载作用下的实测值

2.3.3结果对比与分析

加固前该桥第3孔梁体在荷载工况的作用下挠度校验系数范围为0.70～0.93，应力校验系数范围为0.87～1.12，其中绝大部分梁体的应力校验系数均已超出了限值1.00；加固后梁体挠度的校验系数为0.50～0.60，应力校验系数为0.51～0.77，均满足试验规范对挠度、应力校验系数限值的要求，加固前、后校验系数对比详见表4。

从表4可以看出，通过桥面补强后，第3孔各梁的刚度、强度均有所提升，主要表现为设计荷载作用下挠度、应力校验系数有所下降，降幅为21%～51%。