大跨径连续梁桥病害成因分析及加固设计探讨

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摘要：随着我国经济的飞速发展，我国的桥梁事业也得到发展，桥梁作为我国重要的交通枢纽之一，越来越被人们所重视。连续梁桥技术因其具有的受力均匀、整体性好、节省材料,安全度高等优点广泛应用于我国中跨径和大跨径的桥梁建设项目中。本文分析了大跨径连续梁桥的一些常见病害及其加固措施。

关键词：连续梁；病害分析；桥梁加固

中图分类号： K928 文献标识码： A 文章编号：

一、常见病害

1、主跨跨中下挠

预应力混凝土连续梁式桥运营阶段所产生的持续下挠是一个较普遍的现象,尤其是大跨径梁式桥,如表l所示。这主要是由预应力损失和混凝土收缩徐变估计不足引起的,严重时甚至会发生跨桥。如科罗.巴岛桥是一座跨中带铰的3跨连续预应力混凝土刚架桥,其跨径组合为72m+24lm+72m,是当时世界上同类桥梁中跨径最大者。1978年建成通车,通车后不久就产生了较大的挠度,到1990年,其挠度达到1.2m。后来采用体外索施加预应力,使主跨中央挠度减小。1996年7月加固结束,加固处理后不到3个月就发生了倒塌事故。

表1国内外典型连续钢构桥长期变形表

2、梁体开裂

预应力混凝土连续梁式桥的梁体开裂也是一个很严重的问题，主要表现在施工过程中的裂缝及运营阶段产生的裂缝，两者机理稍有差别。在施工过程中，裂缝的产生主要是由于混凝土收缩或构造不合理产生，一般有两种情况：不同龄期混凝土收缩裂缝以及预应力布置不合理或者施工偏差造成的裂缝。由于各个构件混凝土浇注时间不同，早期浇注的混凝土将对新浇注混凝土的收缩产生约束从而引起裂缝。这类裂缝一般有以下几种：①墩身与承台交界处的竖向裂缝；②1号块与0号块之间接缝附近的纵桥向裂缝（主要在顶底板）；③腹板分层浇筑接合面处竖向接缝；④人孔附近等。预应力布置不合理或者施工偏差造成的裂缝主要有：①顶板横向裂缝；②预应力锚头附近的裂缝；③曲线底板的分层劈裂等。

运营阶段所产生的裂缝主要有顶板纵向裂缝、腹板斜向裂缝、底板横向裂缝和底板纵向裂缝等。如广东南海金沙大桥运营6年后，检查发现主跨跨中挠度达22cm，主跨箱梁腹板有大量斜裂缝，最大裂缝宽度1.15mm；

二、病害原因

1混凝土徐变计算

大跨径梁式桥的恒载内力占总内力的80%甚至90%以上，为减小恒载内力，设计时常通过减薄板件来减小桥梁的恒载。然而板件的减薄同时带来两个直接后果：①由徐变理论可知箱梁的板件越薄，理论厚度就小，就有较大的徐变系数；②板件薄，混凝土的应力就高，而徐变变形又与应力成正比。而混凝土收缩、徐变的计算是一个十分复杂而又难以精确计算的非线性问题，所有影响收缩、徐变的因素，连同它们所产生的结果本身都是随机变量，它们的变异系数也要达到15%-20%。现在大跨径梁桥箱形截面越来越轻型，板件越来越薄，混凝土强度等级越来越高，使得徐变对结构的影响越来越大而往往又估计不足。

此外，设计时徐变挠度计算只针对恒载。但在繁忙交通的路段上，桥上车流日夜不断，部分活载也实际成了“恒载”，也会产生徐变挠度，导致下挠增大。

2、原结构尺寸刚度偏弱。

构件截面设计中厚度差也易产生裂缝。一般地与厚部件相比，薄构件更易受到温度、收缩和徐变的影响，所以薄构件更容易出现裂缝。

3、设计规范中收缩徐变函数等公式的局限性。

经验表明，当梁体中的混凝土应力比较大时，线性徐变的假定是否能满足需要还要进一步研究，而且徐变是离散性比较大的参数，涉及到材料配合比、加载龄期、荷载作用时间等诸多因素。有类似桥梁分析结果：徐变终极值增大1.2倍时，10年后的长期下挠达到修正前的1.5倍；当增大1.8倍时，长期下挠达到4.3５倍。

4、预应力配置

目前设计人员对预应力的认识不足，一般设计时仅按上、下缘混凝土不出现拉应力来控制预应力筋数量，未充分考虑预应力对控制徐变的作用。对于同一座桥梁来说，预应力的不同配置，将引起沿截面高度的压应力分布不同，从而会导致徐变变形的大小甚至方向，如图1所示。

图一

a)徐变下挠大;b)徐变下挠小;C)只有轴向徐变;d)徐变上拱

预应力配置不足将使恒载下挠在悬臂浇筑各施工阶段的数值均较大,而设计时只是被动的去设置节段预拱度来解决恒载挠度"殊不知徐变下挠与恒载弹性下挠大体成正比,设预拱度是被动的,它可以抵消一部分下挠,但却丝毫不能减小徐变下挠总量,从而导致在运营阶段主跨持续下挠。

5、预应力损失估计不足

大跨径梁式桥多采用悬臂浇注法施工,其预应力管道往往跨越几个节段。由节段施工引起的管道偏差等施工问题,将使得预应力与管道的实际摩擦系数u以及管道偏差系数k通常比规范规定的要大"实际施工时,对进行预应力损失试验重视不够,没认真去做。有试验表明,预应力钢筋与管道壁之间摩擦引起的预应力损失,比设计采用值大很多,甚至差几倍"这样就会导致有效预应力不足,下挠增大。由混凝土收缩、徐变引起的损失和预应力钢筋松弛损失随着时间的增加而逐渐增大,并且两者相互影响,一方面混凝土收缩、徐变使结构缩短,加剧了预应力松弛损失;另一方面,预应力松弛改变了结构的内力状态,从而影响着混凝土收缩、徐变。所有这些都影响了预应力损失的计算精度,使得预应力损失的实际值与理论计算值有较大差别。

三、桥梁加固方法

1、针对主梁腹板、施工缝及合拢段病害，根据荷载试验反映的结构实际受力状态，对主梁采用主动与被动相结合的方法进行加固，其施工的顺序为：先封闭裂缝，再施加体外预应力，最后粘贴钢板。

1.1对箱梁裂缝进行处理，提高结构耐久性。

1.2对主跨施加体外预应力，以提高主梁结构预应力度，补偿实际结构部分梁段预应力度不足，同时可改善结构的变形趋势，抑制结构下挠。可以看出，体外预应力的施加使得箱梁截面主拉应力较张拉前有所减小，且最大主拉应力小于规范限值；同时最大主压应力小于规范限值。

1.3对腹板、底板及合龙段开裂处粘贴钢板，以提高结构刚度，改善原有钢筋及混凝土的受力状态，限制裂缝的进一步发展。

2、加固后对跨中挠度的影响

在加固施工过程中，先现浇腹板混凝土加厚层，然后按顺序对称张拉加固钢束１（最长束）、加固钢束２（次长束）、加固钢束３（次短束）、加固钢束４（短束）。在施工过程中对中跨跨中的挠度会产生以下影响，见表2。

表2

由表2可知，在施工完成后在跨中有3.96ｍｍ左右的下挠。此外，根据计算结果，考虑增加预应力后对混凝土收缩徐变等的影响，理论上1000ｄ后会在现有变形基础上产生5.01ｍｍ左右的上拱，分析２个差值的原因主要有２个方面：首先是后张拉的预应力钢束会对前期已张拉完成的钢束和原有钢束产生影响，最终由后加预应力钢束产生的上拱值小于10.05ｍｍ只有8.84ｍｍ；其次，由于新增的钢束产生的弯矩效应在跨中要大于新加腹板加固层产生的弯矩效应，这会对混凝土的收缩徐变方向产生影响，在1000ｄ后由新增腹板加固层对结构产生的下挠值5.78ｍｍ要远小于现浇时的１4.01ｍｍ。

3、优化预应力钢束的设计,控制截面应力分布的梯度"如果梁的正截面和斜截面强度得到保证,而且截面应力梯度小,则不会同时出现下挠与开裂"在这样的前提下,只需设较小的预拱度,以抵消预应力徐变损失以及由合龙后混凝土徐变引起的徐变挠度;

4、做好箱梁的抗剪设计,提高结构的耐久性,使得箱梁不产生裂缝,以保证结构的刚度和预应力钢筋不被腐蚀;

5、预应力管道定位一定要准确,提高预应力施加的可靠性,确保建立足够的预应力度;

6、预应力钢束张拉后要及时灌浆,而且灌浆要饱满;

7、合理安排施工工期,为了减小混凝土长期收缩、徐变,应适当延长混凝土初次加载龄期;

结束语

综上所述，要保证桥梁安全，就必须做到，设计合理，精细施工，提高所有工作人员的素质及其水平，还应相应地提高了结构的安全性和耐久性，并保障了行车的舒适性。对于类似桥梁的加固改造具有一定的参考价值。

参考文献

［１］范立础．桥梁工程［Ｍ］．上册．北京：人民交通出版社，2011

［２］项海帆，姚玲森．高等桥梁结构理论［Ｍ］．北京：人民交通出版社，2009