空心板简支梁桥检测与加固理论分析

刘明龙，高新学

(山东省交通工程监理咨询有限公司，山东 济南 250000)

1 简支梁桥简介

1.1 整体式简支梁桥

整体式简支梁桥结构稳定性好且横向刚度大。但整体式简支梁桥吊装受限较大，因此一般情况下整体式简支梁桥采用就地浇筑方式。该形式梁桥受力体系较为简单、整体性好，虽然耗费材料较多、施工周期较长，但是对于起重机械受限、构造简单、跨径较小的斜桥和曲线桥梁具有着不可替代的优势。对于整体式简支梁桥的不足还有待进一步研究。

在设计中整体式梁桥的建筑高度一般为跨径的1/8～1/16。增加梁高能够增加桥梁跨径从而节约材料的使用，整体式简支梁桥桥梁宽度是高度的6～7倍。

1.2 装配式简支梁桥

T型梁常通过增加横隔梁来增加的抗扭力。采用箱型结构对于增大梁的扭矩有利，其抗扭惯性矩是T梁的十几倍，有的大截面可以达到几十倍。因此对于部分桥宽比较大的装配式简支梁桥采用薄壁箱型结构形式，相比于一般的需要减少桥梁自重的较大跨径桥梁混凝土简支梁桥是十分经济合理的。

2 简支梁桥检测及加固措施

2.1 简支梁桥检测

(1)检测内容

简支梁桥的检测主要是用来评估桥梁使用性能及制定相应加固措施，以使得桥梁能够保证安全运营，现场检测的主要内容包括混凝土碳化深度、混凝土强度、裂缝及损伤情况、构件主筋保护层厚度、钢筋锈蚀情况、板梁的承载力、混凝土内部缺陷等。按照现场检测结果对桥梁进行评估。

(2)静载试验内容

为了保证桥梁承载力满足运行和符合设计要求，根据检测目的，一般情况下空心板简支梁桥静载试验检测内容主要包括以下几方面：①检测桥面板在中载和偏载荷载试验下空心板梁结构的挠曲变形值；②检测桥面板在中载和偏载荷载试验下空心板梁结构的截面的应力变化值；③在荷载试验过程中观察桥梁底板裂缝的变化及卸载后裂缝的变化情况等。

2.2 简支梁加固措施

(1)梁体维护设计

根据对旧桥下部结构、支座、上部结构、桥面系以及桥梁附属设施进行全面检测、调查，根据最终桥梁评估结果和检查结果对现有桥梁各部分使用功能进行恢复和清理，对于结构性损坏需要制定专门的加固措施以保证桥梁受力满足运营需要。

(2)各部位加固设计

空心板简支梁桥虽然跨径较小，但是对于加固主体结构常采用以下几种措施：在桥面上减轻桥梁负担搭设临时钢木过梁；为提高桥梁的承载能力进行临时或永久性加固的措施；对搭建便桥或旧桥改建的措施。

2.3 桥梁加固方案

(1)空心板梁加固

①对于不同病害类型的桥梁采用不同的加固和维修养护方式。日常维修和养护是保护桥梁预防性工作重要措施，而加固是根据承载力要求进行的补强措施。在桥梁承载力满足设计要求的情况下需要对桥梁进行常规养护就可以。近些年来加固措施不断更新，多采用新型加固新材料进行加固。

②通过加固恢复桥梁其原有设计桥梁承受荷载要求。

③对原有桥梁不足以满足现有交通荷载要求进行加固，以提高公路的承荷等级。

④需要临时通过较大荷载时采取临时的加固措施，大荷载车辆通过后恢复原设计荷载。

(2)常采用的加固方法、方案

在我国对于空心板简支梁加固方法有：①用体外预应力、在梁下部受拉区贴钢板、增加钢结构支撑加固；②梁不产生结构损坏进行加固，需要对梁体裂缝部位进行封闭处理；③近些年来用碳纤维复合材料，提升了加固技术。

(3)加固的材料和工艺

近些年来使用较为普遍的新型的材料之一是碳纤维复合材料，多用来代替钢板进行体外加固，能够很好提高承载力。

新型材料碳纤维复合材料(CFRP)的优点：①不影响桥梁美观，不增加额外尺寸和荷载；②不影响桥梁净空；③施工简单，对于桥梁平整性一般的桥梁不受限制；④属于无损加固，只需要用环氧树脂进行胶结，不需要锚固破坏梁体；⑤根据承载力需要可以叠加使用。

3 空心板简支梁分析实例

3.1 项目概况

某简支空心板桥全桥长40 m，桥跨布置为3×13 m，宽12 m。，设计年限为100年。主梁采用空心板简支梁C50混凝土结构，该桥承载力已不能满足当地日益增加的交通荷载。对桥梁进行检测是发现病害：桥面有纵横向裂缝；在桥梁跨中位置出现纵横向细微裂缝。

3.2 病害检测及成因分析

通过回弹法推定混凝土强度值均大于51 MPa；保护层厚度满足设计要求；桥面板、桥墩混凝土碳化深度满足规范要求；梁板部分区域有脱落钢筋发生锈蚀，平均截面锈蚀率在0.4%～0.6%；支座开裂损坏需要更换支座；根据检测结果以下对桥梁进行受力和荷载试验分析。

3.3 结构建模分析

对桥梁各梁单元进行建模分析。本次采用Midas/Civil建立桥梁单元模型，梁单元分成625个。每片空心板梁底部均采用三个平动方向的约束刚度，支座部位采用板式橡胶支座刚度进行等效模拟。模型受力采用公路—I级加载进行承载力计算，通过结合动静载检测试验进行分析，以确定合适的加固尺寸和加固方案。

3.4 分析计算

根据原设计图纸和试验目的，加载方式采用两台千斤顶加载，根据设计荷载进行加载以便更好的检测截面内力和截面最不利位置的变形是否满足安全性要求。通过公式(1)计算最大试验加荷量。

(1)

式中：η为静力试验荷载的效率，Sstate为加载试验项目在试验荷载作用下对应的控制截面内力、变位等最大计算效应值；s为不计冲击荷载作用的设计标准活载产生的该加载试验项目对应的控制截面内力、变位等最不利计算效应值；(1+μ)为选用的冲击系数。

3.5 静载试验检测

根据空心板简支梁桥在跨中受力是最不利加载工况，结合测试桥梁特点，测点按如下方式进行布置。挠度测点和应变测点分别布置在板梁L/4、3L/4、L/2跨径位置布置，按照行车道的左、中、右控制截面布置应变测点进行测量挠度和应变。应变控制截面布置如图1所示。

图1 应变测点布置分布图

由于现场施工条件限制，本次用三点集中加载方式进行荷载试验，荷载点布置间距均为4 m，采用千斤顶加压分级加载，静载加载按照6～7级进行加载。

由表1可知：桥梁跨中位置处于最大荷载状态时，荷载选取空心板梁截面的挠度检校系数值均小于1.0满足相关要求，残余变形量满足：残余应力值/实测总应力值≤20%的要求，该桥挠度检测结果符合规范要求。

表1 跨中逐级加载挠度分析

4 结 语

对简支梁桥简单介绍，主要通过对简支空心板梁桥检测和加固进行分析，对常用的加固方法进行系统分析介绍。目前常用旧桥结构检测主要是通过静载试验。对于结构加固最实用的方法是碳纤维加固，新型碳纤维结构优点比钢板加固优势非常明显。通过实例分析得出某桥现阶段状态：(1)首先通过常见的判断和检测方法对该桥进行总体分析，建立桥梁的分析模型；(2)对实例桥梁静载试验进行加荷计算方法分析；(3)对该空心板桥梁进行静载试验，通过跨中的试验对挠度和应变检测位置做分析，最终得出试验结果发现该桥梁结构状态良好，能够满足现阶段行车要求，只需要对该桥进行日常养护，对裂缝等破损部位修复即可。