两跨曲线连续梁桥梁体偏移病害分析及加固探究

2023-01-25吴志昌

中国公路 2022年20期

吴志昌

（广深珠高速公路有限公司，广东东莞 523925）

一、桥梁概况

某高架桥总长443.87m，桥宽为0.5m（防撞墙）+0.5m（路缘带）+3.5×2（机动车道）+0.35×2m（加宽）+0.5m（路缘带）+0.5m（防撞墙）=9.7m。上部结构桥跨组合为：（21+21+25+24）+（30.5+46+26）+2×35+（38+46+32）+3×21。该桥8～9跨主梁为预应力混凝土连续箱梁，道路中心线弯曲半径为80m；5～7跨、10～12跨主梁为连续钢箱梁；其他跨主梁均为钢筋混凝土连续箱梁。下部结构采用独柱式墩，钻孔灌注桩基础。桥梁设计汽车荷载等级为公路-I级，于2009年9月建成通车。

二、主要病害

在日常养护检测中发现，该桥8～9跨主梁存在梁体偏移、墩身开裂、支座偏移等病害，具体病害如下：10#墩小桩号侧10-1#、10-2#支座横向向左移位约6cm，该支座滑动量大于支座限值（50mm），10-1#支座四氟乙烯板外露。10#墩左侧防震挡块由于主梁移位导致混凝土被挤碎、露筋。10#墩顶伸缩缝在桥面右侧没有高差，在桥面左侧混凝土箱梁一侧比钢箱梁一侧低1.6cm。8#桥墩顶伸缩缝桥面左侧，混凝土箱梁侧伸缩缝比钢箱梁侧伸缩缝低1.6cm；桥面右侧混凝土箱梁侧伸缩缝相比钢箱梁侧伸缩缝高1.3cm。9#桥墩墩柱右侧面距地面1.5m往上、间隔50cm左右有半环向裂缝，共计6条，裂缝最大宽度0.22mm。10#桥墩墩柱右侧面距地面2m以上到花瓶墩变截面处，间隔30cm～50cm有半环向裂缝，裂缝宽度介于0.12mm～0.20mm。水平向裂缝均不同程度向墩身大小桩号侧面延伸，延伸长度介于60cm～100cm之间。梁体腹板、底板存在不同程度的开裂现象。

后期桥梁管养单位对该匝道桥进行了6个月的持续观测，梁体移位状态未见明显发展。

三、计算分析

（一）有限元模型

采用MIDAS CIVIL计算分析程序建立该匝道桥空间梁单元模型，如图1所示。全桥共计87个单元，138个节点。

（二）计算分析结果

1.梁端位移分析

计算参数参照设计图纸及设计规范取值。计算模型考虑恒载产生的附加扭矩，双向滑动支座的四氟乙烯板与不锈钢板的摩擦系数。假定桥梁施工时温度为15℃，考虑季节性温度变化，升温25℃，降温15℃。仅计相邻联桥跨恒载对8#或10#墩的影响，其他参数采用设计参数。主要计算分析结果如表1所示。

表1 10#墩顶小桩号侧支座摩擦力

从上述分析结果可知，在恒载作用下，当梁体温度升高不大时，梁体不会发生横向偏移。汽车的离心力与整体气温升高均使梁端产生向外横向偏移的运动趋势，且随着温度的升高，横向向外的运动趋势将更加显著。在汽车荷载工况相同时，整体降温作用下梁体产生的滑动力明显小于整体升温作用下的梁体滑动力，且小于支座的有效摩阻力。季节性温差的循环变化使已出现的梁体横向移位不一定能完全复位。

综上所述，在汽车荷载偏载、离心力及整体升温作用下，梁端存在横向向外滑移的可能。且随季节性温差的变化，梁端的横向移位不一定能完全复位。

1.墩身裂缝分析

表1中工况6（自重+双车道偏载+离心力+整体升温25℃）的条件下，梁端将出现横向移位，在此工况下，9#、10#墩下部的右侧结构应力计算结果如表2所示。

由表2结果可知：工况6作用下，9#、10#墩在承台以上约5m约范围内，墩身右侧应力均超过了混凝土抗拉强度设计值。

四、处治建议

由分析结果可知：该桥的相关病害主要是由于梁体横向移位后不能复位，导致支座移位、伸缩缝拉开错位、挡块破碎，同时梁体移位导致墩顶受到较大的附加横向水平力，造成墩身侧面拉应力超限而开裂。由此可见，梁体的横向超限移位且不能复位是上述病害的根本。

因此结合前述分析结果，建议该桥的处治措施如下：对10#墩顶梁体进行反向顶推，进行复位，改善主梁及墩身的不利受力状态；在梁体横向复位后，建议将8#、10#墩顶混凝土箱梁侧内侧支座更换为抗拉型的GPZ(II)3SX支座，支座的纵桥向位移满足±100mm，横向位移满足±50mm，支座的抗拉力应至少250kN；对于10#墩顶已碎裂的梁底挡块进行凿除，更换为钢挡块；综合考虑受力、耐久性、美观性性能。对开裂较重的9#、10#墩进行外包混凝土增大截面的方式处治；对结构既有裂缝按照缝宽大小分别采用封闭或注胶方式处治。