双幅连续梁桥结构非破坏性检测与加固技术研究

李裕良

（广西路桥工程集团有限公司道桥分公司，广西 南宁 530200）

0 引言

随着城市化进程的不断推进和交通运输的快速发展，桥梁作为城市交通的重要组成部分，承载着越来越重的交通负荷。然而，随着使用年限的延长和受自然力的作用，许多旧有的桥梁结构存在不同程度的老化、病害和结构损伤等问题，给桥梁的安全运行带来了一定的隐患。对于桥梁潜在的结构问题，非破坏性检测技术成为一种重要的检测手段。非破坏性检测技术具有无损、快速、准确的特点，能够全面评估桥梁结构的健康状况，为后续的加固设计和维护工作提供依据。现有研究表明，非破坏性检测技术在桥梁结构评估中发挥了关键作用。这些技术包括超声波检测、磁粉探伤、红外热像法等，可在不影响结构完整性的情况下，获取结构的内部信息，从而判断结构的健康状况。庞学冬等［1］提出在加固技术方面，对不同类型的桥梁问题应采取不同的针对性的解决方案，例如新材料的使用。陈海兵等［2］提出钢板剪力墙、碳纤维加固、预应力加固等创新的加固方法。这些研究在提升桥梁结构的荷载承载能力、延长其使用寿命、改善其抗震性能等方面都取得了一定的成果。本研究旨在深入探讨双幅连续梁桥结构的非破坏性检测与加固技术，通过利用现代工程技术手段，提升桥梁结构的可靠性和耐久性，为城市交通基础设施的可持续发展做出积极贡献。

1 工程概况

某高速铁路公铁大桥是一座预应力连续箱梁桥，总长180 m，共有3个分幅，每个分幅长度为60 m、宽度为16.75 m。支座设置在Pm12 号桥墩上，用于支撑桥梁结构。箱梁边支点横梁的厚度为1.5 m，箱梁中支点横梁的厚度为2 m。桥梁两端悬臂部分采用加厚段，加厚至70 cm，加厚段的长度为1.5 m。纵、横向的预应力钢束采用公称直径为15.2 mm 的高强低松弛钢绞线，用于施加预应力，提升了桥梁的承载能力。竖向预应力采用JL32 精轧螺纹钢筋，用于增强桥梁的抗弯能力。对该大桥进行加固施工的主要原因包括桥梁承载能力不足、桥梁老化和损伤、防灾减灾要求以及延长桥梁使用寿命。交通量增加、车辆载重增大等因素可能导致采用原始设计的桥梁无法满足要求，因此需要加固以提升其承载能力。随着时间推移，桥梁结构可能会受到自然环境和交通荷载因素的影响而出现损伤，加固施工可以修复受损部分。

2 加固措施对比选择

表1为不同的加固措施优点、缺点和适用性的对比，对表1 中的桥梁加固措施进行分析，得出以下结论。

表1 加固措施对比

（1）不同的加固措施各具优点和缺点。梁体加固相对经济实用，适用于整体结构加固；钢筋加固可增强桥梁的强度和刚度，施工相对灵活；预应力加固可有效抵抗荷载和挠度；桥墩加固可增强桥墩的稳定性和抗震能力；体外横系梁法加固可提升桥梁的整体稳定性［3］。

（2）在选择加固措施时，需要综合考虑桥梁的具体状况、预算限制、施工时间等因素。不同的加固措施适用于不同的情况，没有一种通用的最佳选择。本案例选择体外横系梁法进行桥梁加固效果的分析和论证。

3 体外横系梁加固分析

3.1 计算模型

使用计算软件（如Ansys、Abaqus 等）创建三维有限元模型。根据桥梁实际的几何形状和尺寸，构建桥梁的初始几何模型。根据实际情况，定义桥梁材料的力学性质，包括弹性模量、泊松比和材料密度等。在本模型中添加体外横系梁加固结构，选择不同的截面厚度进行分析。考虑4种形式的截面厚度：30 cm、50 cm、70 cm 和90 cm。建筑结构细部有限元模型如图1所示。

图1 建筑结构细部有限元模型

3.2 承载力分析

表2为本项目不同横梁厚度下，最不利弯矩的对比数据。比较无横梁和不同横梁厚度下的最不利弯矩，结果如下。

表2 不同横梁厚度下最不利弯矩

（1）边跨跨中最不利弯矩：在30 cm 横梁厚度下，最不利弯矩相对于无横梁情况减少了32.09%；在其他横梁厚度下，最不利弯矩相对于无横梁的情况有所增加。

（2）中墩支点最不利弯矩：在70 cm 横梁厚度下，最不利弯矩相对于无横梁情况增加了35.09%［4］；在其他横梁厚度下，最不利弯矩相对于无横梁的情况有所减少。

（3）中跨跨中最不利弯矩：在70 cm 横梁厚度下，最不利弯矩相对于无横梁情况减少了28.80%。

根据以上分析结果，可以得出结论：30 cm 横梁厚度对边跨跨中最不利弯矩的减小效果较为明显。70 cm 横梁厚度对中墩支点和中跨跨中最不利弯矩的增加效果较为明显。

表3为不同横梁厚度下最不利剪力的对比数据，这些数值表示横梁在受剪加载时承受的最大剪力。不同横梁厚度下的最不利剪力值在13 921.7 kN·m 左右。最不利剪力发生在不同的位置（D1，D2，D3），这些位置表示在横梁上的这些特定点受到的剪力作用最大。具体位置取决于横梁的几何形状和施加载荷的情况。通过比较不同横梁厚度下的最不利剪力值，可以观察到不同厚度的横梁在剪力承载能力上的差异。通常情况下，较厚的横梁具有更高的抗剪能力，因此其最不利剪力值相对较大。不同横梁厚度下最不利剪力的最大提升幅度为31.90%～33.62%，这表示相对于无横梁的情况，不同横梁厚度下的最不利剪力值有所增加，原因可能是横梁的抗剪能力增强，使其能够承受更大的剪力。

表3 不同横梁厚度下最不利剪力

3.3 抗裂及抗震分析

3.3.1 抗裂分析

表4为不同横梁厚度下最大拉应力对比数据，这些数值表示横梁在受拉加载时承受的最大应力。根据表4中的数据，不同横梁厚度下的最大拉应力值在0.41～1.41 MPa。最大拉应力发生在不同的位置（边跨跨中下缘、中墩支点上缘、中跨跨中下缘）。这些位置表示在横梁上的特定点受到的拉应力作用最大。具体位置取决于横梁的几何形状和施加载荷的情况。通常情况下，较厚的横梁具有更高的抗拉能力，因此其最大拉应力值相对较小。最大提升幅度为38.81% ～36.07%。表示相对于无横梁的情况，不同横梁厚度下的最大拉应力有所减小。

表4 不同横梁厚度下最大拉应力对比

表5为不同横梁厚度下最大压应力对比数据，这些数值表示横梁在受压加载时承受的最大应力。根据表5 的数据，不同横梁厚度下的最大压应力值在8.47～15.61 MPa。最大压应力发生在不同的位置（边跨跨中下缘、中墩支点上缘、中跨跨中下缘）。这些位置表示在横梁上的特定点受到的压应力作用最大。具体位置取决于横梁的几何形状和施加载荷的情况。通常情况下，较厚的横梁具有更高的抗压能力，因此其最大压应力值相对较小。最大提升幅度为10.37%～13.45%。表示相对于无横梁的情况，不同横梁厚度下的最大压应力有所减小。

3.3.2 抗震分析

图2 为不同横梁厚度下固定墩墩底抗弯承载能力的对比图，根据图2 的数据，可以得出以下结论：①横向抗弯承载能力随着横梁厚度的增加而逐渐增加，表明增加横梁的厚度可以提高桥梁在横向受力下的弯曲承载能力［5］。②纵向抗弯承载能力在较小的横梁厚度范围内先增加后减小，表明在某些情况下，增加横梁的厚度可能会提高桥梁在纵向受力下的弯曲承载能力，但超过一定厚度后不再有效。③在给定的横梁厚度范围内，纵向抗弯承载能力通常高于横向抗弯承载能力，因此在设计桥梁时，应关注桥梁在纵向受力下的弯曲承载能力。④两条曲线都呈现出平滑的抛物线形态，表明桥梁的抗弯承载能力随着横梁厚度的变化而连续变化，没有出现突变或不连续的情况［6］。

图2 不同横梁厚度下固定墩墩底抗弯承载能力对比曲线图

综上所述，横梁的厚度对桥梁的抗弯承载能力有重要影响。在设计桥梁时，需要综合考虑横向和纵向的抗弯承载能力，并选择合适的横梁厚度以满足设计要求。

4 结论

本文通过对双幅连续梁桥结构进行非破坏性检测与加固技术的研究，得出以下结论：①随着横梁厚度的增加，桥梁的最不利剪力、拉应力和压应力的数值都发生了变化。较厚的横梁表现出更高的抗剪、抗拉和抗压能力，可以承受更大的荷载。②增加横梁厚度是一种有效的加固措施，可以减小最大剪力、拉应力和压应力，从而提高桥梁结构的安全性。

加固措施的设计应根据具体桥梁的情况和需求进行，并与专业的结构工程师合作，以确保桥梁的安全可靠。本研究为双幅连续梁桥结构的非破坏性检测与加固提供了有价值的数据和分析结果，为桥梁工程的安全和可持续发展提供了参考和指导。