某变截面连续箱梁性能评估与养护实践

2021-10-25童浩

科学技术创新 2021年30期

童浩

（苏宁沪高速公路股份有限公司，江苏南京 210049）

1 桥梁现状

某桥主桥为跨径44.3+70.0+44.3m的单箱单室变截面预应力混凝土连续梁桥。截面采用纵、横、竖三向预应力的单箱单室截面，梁高、底板厚度、腹板厚度均以二次抛物线的线形从主墩处向跨中变化。其横截面示意图如图1 所示。梁高由4.3m 变至2.1m、腹板厚度由0.6m 变至0.4m、底板厚度由0.45m 变至0.25m，大桥竣工通车多年后，检查发现的主要病害如下：

图1 某大桥计算截面置示意

1.1 主桥在1/4 跨至跨中处腹板斜裂缝数量较多；

1.2 箱梁顶底板存在纵向与横向裂缝，纵向裂缝呈发展趋势；

1.3 主桥跨中下挠27mm。

2 性能评估

2.1 原设计验算

采用MIDAS 建立了梁单元模型进行原设计验算，主梁离散为49 个单元，50 个节点。计算求得该桥原设计弯矩抗力值为弯矩效应值的1.349～1.453 倍，满足原设计荷载使用要求。主拉应力、正应力与最大挠度均小于规范限值要求，该桥抗剪承载力在L/4 处附近和3L/4 处附近不能满足要求。主要控制截面验算结果如表1、和表2 所示。

表1 截面应力验算结果

表2 斜截面抗剪承载能力验算结果

2.2 现状验算

根据检测报告结果，箱梁腹板斜裂缝分布较为集中而且数量较多，分布在跨中L/4～3L/4 范围内。分析其病害原因主要是由于该节段内梁高较小、腹板厚度不足，当竖向预应力与纵向预应力损失达到一定水平时，有效预应力减小，造成该区域内的主拉应力增大，加之旧桥纵向预应力未设置腹板下弯束，将进一步增大主拉应力的存在。

结合现场裂缝产生的区域主要集中在L/4～3L/4 范围内的实际情况，该区域正的特点是梁高较小，腹板较薄而反力较大，该处主拉应力易由竖向预应力的损失而造成此处拉应力较大。为分析竖向预应力与纵向预应力的损失情况与现场病害的关联情况。本次考虑对竖向预应力与纵向预应力进行定量折减，来对该桥进行现场分析。本次按竖向预应力不计入，纵向预应力按0%、5%、10%、15%、20%五种损伤情况进行模拟，五种损伤情况温度梯度参照2018 新规范加温度梯度考虑，将五种模拟结果与原设计进行对比，其结果比较如表3。

表3 考虑损失全桥关键点应力变化

与该桥实际情况对比分析得出，在损伤情况c的工况下，中跨跨中底板的拉应力为2.3MPa，中跨L/4～3L/4的拉应力2.9MPa，可认为损伤情况c 符合该桥底板未出现横向裂缝但存在腹板斜向裂缝的病害情况，而在损伤情况d的工况下，两处的拉应力分别为2.9MPa与3.7MPa，可认为损伤情况d 符合该桥目前腹板斜向裂缝与底板横向裂缝的分布情况，且维持在该损失水平，根据原设计验算与现状验算结果，对该桥性能评估如下：

（1）该桥原设计部分截面抗剪承载能力不足，安全系数＜1。

（2）根据工况模拟与病害对应情况，该桥目前纵向预应力损失约为15%。

3 养护实践

根据病害及验算结果，该桥预应力损失及腹板厚度较薄是病害产生的两个主要原因，加固方案因考虑恢复预应力损失同时增加腹板强度，限制已有的裂缝的发展，本次采用的加固方案为：考虑腹板存在开裂情况，在箱梁腹板内采用12mm的钢筋以30cm×30cm的梅花形布置植筋，浇筑20cm 厚C55 自密实自流平加固料来增加腹板强度；采用张拉体外束的方式，补充原桥所损失的预应力以减小截面的应力水平。单束规格采用12-фj15.2，一个断面布置三束，预应力钢束与转向器等构造的摩阻系数μ=0.14，钢绞线的强度为1860MPa，弹模为1.95×105MPa，锚固端张拉应力为0.6fpk=1116Mpa。

为分析该桥加固方式的有效性，加固后对该桥进行相关荷载试验，以不同工况作用下的实测应力与理论应力的对比来验证加固效果，应力对比结果如表4。