采用粘贴钢板加固和增大截面法加固简支梁旧桥效果分析

■范 锋

（三明市公路事业发展中心宁化分中心， 宁化 365400）

改革开放至今，我国经济飞速增长，我国的桥梁建设突飞猛进， 截至2019 年末， 全国公路桥梁87.83 万座，其中特大桥梁5 716 座，大桥108 344座，中小桥76.4 万余座[1]。在新桥梁的不断建设下，一些正在服役的桥梁也在不断磨损甚至破坏，特别是建设在20 世纪80 年代的桥梁，当时规范设计荷载已经不满足当代日益增长的交通需求，很多中小桥都需要加固提级改造。

旧桥加固改造方法很多， 有增大截面加固、粘贴钢板加固、粘贴碳纤维布加固、体外预应力等，加固方法应根据每座桥的现场情况进行选择，本研究主要针对简支T 梁桥加固中最为常见的增大截面加固和粘贴钢板加固进行比较， 通过加固受力、加固效果和经济3 方面分析，得出经验供广大设计者参考，具有一定的现实意义。

1 加固方法简介

1.1 增大截面法加固

增大截面法加固主要是通过对T 梁的腹板底部和侧面进行植筋，布设新的钢筋，浇筑混凝土，通过新增钢筋和截面于原有T 梁的钢筋协同作用以达到提高原桥承载能力的方法。 采用增大截面法加固T 梁的钢筋和混凝土材料获取容易， 材料成本低，施工容易。

1.2 粘贴钢板加固

粘贴钢板加固主要是通过对T 梁底板粘贴1 层5～10 mm 厚的钢板，在T 梁靠近支点位置向上粘贴U 型钢板，通过锚栓固定底部钢板，再进行压力注胶以达到原有T 梁和底部钢板协同受力。

2 工程概况及病害分析

2.1 工程基本情况

尤溪丁山中桥位于G235 线K214+352 处，改桥采用3×20 m 普通钢筋混凝土简支T 梁桥， 每跨5 片T 梁，原桥高130 cm，梁肋厚度为18 cm，增大截面改造厚梁高145 cm，马蹄宽38 cm，桥型图见图1，原桥T 梁截面见图2。

图1 桥型示意图

图2 中板截面图

2.2 病害及成因分析

经过2015 年实地的外观检测， 此桥病害有：（1）全桥每片T 梁均有竖向裂缝从腹板延伸至底板，裂缝长0.7 m,宽0.01～0.05 mm 部分裂缝宽超限（图3）；（2）局部梁底混凝土和横隔板底混凝土剥落、露筋（图4）；（3）部分桥梁支座老化开裂（图5）。

图3 梁底裂缝

图4 横隔板混凝土剥落露筋

图5 支座老化开裂

未加固前改桥病害成因分析：（1）改桥早期采用设计荷载低，不满足日益增长的交通需求，超载车辆增多，使用寿命大大降低；（2）早期T 梁设计只预留2 cm 的湿接缝，横隔板底用钢板焊接，桥梁整体连接性弱，造成单板受力；（3）早期施工工艺差，模板不平整和振捣不到位， 钢筋保护层厚度不足，造成内部钢筋锈蚀膨胀，混凝土剥落。

3 加固受力分析

该桥在2016 年加固改造时实际采用的是增大截面加固设计，改造后梁高145 cm，马蹄宽38 cm。以此T 梁截面为模板，受力通过计算粘贴钢板加固厚度在5～10 mm，所能提高承载力的幅度与增大截面控制加固混凝土高度15 cm， 控制提高幅度比例反算所需钢筋截面面积做对比。

此桥的内力计算采用Midas/Civil 2015 软件，材料参数取值依据业主提供的原桥设计图纸，原桥设计荷载等级汽车-20 级， 挂车-100。 T 梁桥采用C25 混凝土，HRB335 级钢筋，原受拉区钢筋截面面积为7 691 mm2。

3.1 增大截面加固受力分析

增大截面加固在受力分析时，假设增大截面加固T 梁新老混凝土变形协调、共同受力，不考虑新旧混凝土的徐变收缩不一致，按加固后构件整体截面计算。 增大截面见图6。

图6 增大截面加固尺寸截面图

通过计算， 增大截面20 m 简支T 梁结构承载力见表1。

表1 增大截面加固20 m 简支T 梁结构承载力

3.2 粘贴钢板加固受力分析

粘贴钢板加固在受力分析时，假设钢板和T 梁刚性连接不产生钢板与混凝土之间的黏结剥离破坏。 粘贴钢板加固见图7。

图7 粘贴钢板加固尺寸截面图

通过计算， 粘贴钢板加固20 m 简支T 梁结构承载力见表2。

表2 粘贴钢板加固20 m 简支T 梁结构承载力

由于受T 梁截面限制，粘贴钢板增加的强度有限，T 梁桥难以超筋破坏，只有当钢板厚度达到300多mm 时，才会发生超筋破坏，但实际情况是不可能的，在分析时主要是以原设计钢筋达到承载力或粘贴钢板达到承载力破坏。

4 加固经济与效果分析

4.1 加固经济分析

本研究经济分析通过价值工程式子V=F/C 表达，其中V 代表产品价值，F 代表产品功能，C 代表产品成本。 在简支T 梁加固中，以加固承载力百分比作为产品功能， 以加固所需的费用作为产品成本，通过简单计算比较产品价值。

粘贴钢板加固采用JTG/T 5612-2020 《部颁2020 公路桥梁养护工程预算定额》[2]，其中定额基价为1 149 元/m2，内容包括粘贴钢板全部流程，对1片T 梁粘贴钢加固所需钢板面积为9.69 m2。粘贴钢板加固计算分析见表3。

表3 粘贴钢板加固价值计算

增大截面加固采用JTG/T 5612-2020 《部颁2020 公路桥梁养护工程预算定额》[2]，本研究通过控制每片梁加固混凝土高度来控制C40 混凝土数量，通过加固钢筋截面面积来提高加固后整体承载力，1 片T 梁加固需要C40 混凝土2.88 m3，钢筋作为变量采用相同截面面积的钢筋时所需的钢筋重量，通过同望工程软件直接将总造价列于表4。

表4 增大截面加固价值计算

由表3、4 可知，20 m 简支T 梁加固同为提高20%幅度，粘贴钢板加固价值比增大截面加固价值要低一些。 但在价值分析中，本研究并未考虑时间价值影响，增大截面加固所需时间工期远比粘贴钢板加固所需工期长，长时间的中断交通也会给社会带来一定影响以及组织交通所需的人工费用将大为增加。

4.2 加固效果分析

本研究根据20 m 简支T 梁加固采用粘贴钢板加固和增大截面加固4～5 年后的特殊桥梁检查报告做对比来做后期加固效果分析。 （1）根据健研检测集团有限公司2020 年2 月对尤溪丁山中桥（2016 年增大截面加固）进行特检，主梁共出现1 311 条裂缝，其中第1 跨共出现496 条横（竖）向裂缝，其中裂缝宽度在0.07～0.28 mm，长度在0.2～1.83 m，第1 跨T 梁片均出现不同程度的裂缝，横向裂缝均存在由梁底延伸至腹板，其余几跨均存在相同问题；少数裂缝超过规范限值。 （2）根据山东省公路桥梁检测中心有限公司2020 年11 月对明溪碧洲大桥（2015 年增大截面加固）进行特检，钢筋混凝土T 梁腹板存在1 031 条竖向裂缝。 T 梁底板存在600 条横向裂缝，裂缝长度约0.4 m，裂缝宽度0.08～0.16 mm，T 梁底板存在2 条纵向裂缝， 裂缝长度分别是0.5、0.7 m，裂缝宽度为0.18 mm，T 梁腹板及底板缝宽均未超过规范限值。 （3）根据沙县分中心《琅口桥粘贴钢板加固效果反馈》，2016 年7 月-11 月采用T 梁粘钢进行加固，至2020 年8 月，粘钢效果良好（图8）。

图8 琅口桥粘贴钢板加固

5 结论

经过以上对比分析， 认为20 m 简支T 梁桥采用粘贴钢板加固比增大截面加固更为合适。 （1）受力分析上，增大截面加固若想提高承载力，需要在新增截面上多配置钢筋，在提高40%承载力需要多配制6 000 mm2钢筋，布置钢筋过多很难保证新混凝土与钢筋的咬合力，新增截面过大也大大增加了T 梁的自重给下部结构受力带来不利影响。 粘贴钢板加固钢板厚度在5 mm 以上需要压力注胶， 厚度越大，加固承载力提高幅度越小。 （2）经济分析上，根据最新JTG/T 5612-2020《部颁2020 公路桥梁养护工程预算定额》[2]，增大截面加固主要定额费用在增大混凝土方量上占较大比重，增大截面梁板加固混凝土方量定额基价为15496 元/m3， 而增大截面加固钢筋定额基价为5103 元/t ， 但增大截面法加固提高承载力主要是以钢筋截面来控制，所以导致增大截面加固的价值比粘贴钢板高，如果考虑时间影响因素，粘贴钢筋加固桥梁通车时间在3 d 左右，而增大截面加固通车时间在30 d 后，均摊所需交通组织费用及推迟通车所带来社会影响因素，粘贴钢板加固价值在一定情况下会比增大截面更高。 （3）加固效果分析上， 增大截面加固4～5 年观测结果看，新混凝土产生大量裂缝，影响桥梁的耐久性，粘贴钢板加固效果较好，钢板与混凝土之间未出现空鼓现象，钢板未见油漆剥落锈蚀现象。