江东大桥的病害分析及加固方案
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摘要以漳州江东大桥为工程背景，分析其病害成因，对产生的裂缝提出有效的加固方式。
关键词：T型梁桥 病害粘贴钢板加固
一、桥梁概况
国道319线K51+066处，是国道上一座重要桥梁，该桥横跨九龙江北溪，桥长1259m，桥宽12.5m，全桥共51孔，布孔为：19×20m(5片T型梁)+19×35m（5片T型梁）+13×16m（空心板），下部结构为双柱式桥墩、肋板式桥台和柱式桥台，灌注桩基础。
该桥于1993年11月建成通车。原设计荷载等级为汽―超20级，挂―120，加固设计荷载为公路I级。
二、病害情况
由于江东大桥已运营17年，随着漳州市社会经济的不断发展，目前江东大桥的交通量已超过当初的预期，过往车辆的吨位也常常超过了当初的设计标准，因此在检测过程中发现主梁存在大量的裂缝。19跨20m钢筋混凝土T梁1/8至7/8跨位置两侧腹板斜向及竖向裂缝均较为密集，裂缝宽度超出裂缝限值比较多，并且有很多裂缝贯穿整个腹板。两片边梁的裂缝明显比中间三片T梁的裂缝多，且裂缝宽度也比较大。最大斜向裂缝宽度出现在第19跨T梁1#梁上游侧离18#墩支座约4.5m处，宽度达0.74mm。
三、20m钢筋混凝土简支T梁桥梁结构验算分析
1、刚度验算
按全截面换算计算截面特性如下：
I0=1.65×1011mm4，W0=2.82×108mm3，S0=1.59×108mm3
C30砼参数如下：
ftk=2.0MPa，fcd=13.8 MPa
γ=2S0/W0=2×1.59×108/2.82×108=1.13
Mcr=γftk W0=6.4×108N.mm=640kN.m
Ms=2478kN.m(由桥博计算所得)
Bcr=2.65×1015N.mm2，Bo=4.7×1015N.mm
本桥计算跨径为Lo=15.5m，公路I级荷载qk=10.5kN/m，集中荷载Pk=240kN，跨中荷载横向分布系数m=0.791，
1=0.7，故汽车荷载挠度为：
C30砼挠度长期增长系数ηθ=1.6
消除结构自重的长期挠度最大值为
fmax=1.6×11.53=18.45mm
Lo/600=19500/600=32.5mm＞18.45mm
由计算得：本桥挠度满足现行规范要求。
2、承载能力验算
根据现行2004版桥梁规范，T梁采用C30砼，设计荷载为公路I级，结构重要性系数取1.0，计算结果：
结构下缘最大裂缝在八分之一跨位置为0.192mm；
跨中抗弯承载力为4090 kN.m，设计弯矩为3840 kN.m。
结果表明设计满足规范要求，但安全储备很小。
根据复核计算初步确认裂缝产生原因可能有以下原因引起的：①由于安全储备很小，超载车辆的荷载效应值有可能大于结构承载能力；②所浇筑混凝土质量问题，施工中不当措施引起，如混凝土浇筑振捣不充分、拆模石混凝土表面出现麻面等。
本桥20m跨简支T梁虽然满足规范要求，但因梁肋板裂缝较多、缝宽较大，经分析研究采用加固方案：首先在梁肋底粘贴钢板，其次根据梁肋侧面的裂缝情况粘贴竖向碳纤维片和纵向碳纤维带的方法进行加固处理。
1、梁肋底粘贴钢板加固法的主要特点
(1)T梁梁肋底加粘钢带，确保钢带与主梁的可靠粘帖，保证钢带与主梁共同受力。在钢带粘帖加压采用的措施：梁肋厚度≤25cm时采用0.3cm厚、10cm宽U型箍（图1）；梁肋厚度>25cm时采用梁肋钻孔并用φ12植筋螺栓加压（图2）。
(2)钢板按长1800cm、宽18cm、厚0.5cm大样尺寸预制，板底锚固植筋螺栓直径采用12mm，钻孔直径14mm，孔深115mm。
(3)粘贴钢板由于重量轻，操作便利，易于控制工程质量。
(4)钢板由于拉压强度均很高，加之粘贴后的钢板主要承受活载，对于受弯、受剪和受拉构件其补强效果优于加大混凝土截面。
(5)结合面处理和钻埋螺栓孔对原结构有一定损伤，因此施工过程中严格按照设计要求进行施工，将损伤程度降到最低。钻孔时应先按设计在现场定位的同时，用钢筋探测仪进行探测以避开钢筋位置，若遇钢筋可适当调整位置。
（6）所用粘帖钢带应除锈，对接触部位的混凝土表面应去浮尘2~3mm，粘帖前再用丙酮清洗凉干。必要时，钢带表面在粘帖面进行格状刻痕，以增加粘结性能，刻痕深度不超过1mm。
（7）钢带粘帖完毕后，表面先刷一道防锈漆，再刷两道调和漆，调和漆颜色与周围的水泥颜色相近。
（8）施工时应严格按以下顺序施工：由1#梁往5#梁依次施工。交通管制应控制为：施工侧半桥进行，另外半桥按单车道通行。
2、梁肋侧面碳纤维布加固的特点
根据T梁梁肋侧面裂缝的宽度粘帖300g/m2的单向碳纤维布（图3），梁肋侧面对宽度0.5mm>缝宽≥0.15mm的裂缝采用单层碳纤维布（受力方向为纵桥向）封闭裂缝；梁肋侧面对宽度≥0.5mm的裂缝采用三层碳纤维布（先粘帖两侧纵桥向再贴一层竖向）封闭裂缝；对于宽度
粘帖一层碳纤维布确保碳纤维布到裂缝的最小禁边不小于50cm；粘帖三层碳纤维布确保碳纤维布到裂缝的最小禁边不小于100cm。粘帖碳纤维布时要求碳纤维布与粘帖材料充分浸润，确保粘结效率。
碳纤维应选用聚丙烯腈基（PAN基）12k及以下的小丝束纤维，不得使用大丝束纤维。
碳纤维布主要力学性能指标：抗拉强度≥3100MPa，弹性模量≥2.1×105MPa，伸长率≥1.4%。
五、结束语
漳州江东大桥维修加固于2010年7月30日竣工，施工过程检查与控制认真严格，措施得当，工程得到保证，桥梁各项技术指标均达到设计要求，桥梁结构安全可靠。本文所进行的病害分析及加固方案在漳州其他大中桥有一定的参考价值。
梁肋粘贴钢板成果图
梁肋粘贴碳纤维布成果图
参考文献
[1]《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）
[2]《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/T J23-2008）
[3]《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）
[4]《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。