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预应力混凝土连续梁桥加固与拓宽设计
2011/08/29 00:00
来源：中交一院西安瑞通路桥科技有限责任公司 宋宁 许宏元
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单就一座桥梁的维修加固可以说任务简单一些，但有时病害桥梁在需要加固处理时，还需要进行拼宽改造，这就要考虑拓宽施工阶段和拓宽后使用阶段桥梁新旧上部结构的相互影响问题，因此在成因分析、方案设计等方面就要复杂的多。目前我国高速公路上预应力混凝土梁桥占有较大比重，此文以某预应力混凝土连续梁桥为背景，介绍该桥的病害情况及解决方案，希望对同类桥梁工程能起到一定探讨作用。
桥梁结构现状
某预应力混凝土连续梁桥跨径组成为三联4x40m，桥梁全长495.43m，全桥共12孔。设计荷载：汽车-超20级，挂车-120.桥梁上部结构为单箱单室等截面预应力混凝土连续箱梁，梁高2.4m，顶板宽12.0m，底板宽5.8m，腹板为斜腹板。下部构造桥墩为双支点盖梁独柱墩，独柱墩柱径2.2m，基础为4根1.2m钻孔灌注桩，0号台为肋式桥台扩大基础，12号台为组合式桥台、桩基础。
在对该桥进行特殊检查时，发现各跨顶板均有纵向裂缝分布，缝宽0.05~0.2mm，裂缝长度由10c m~300cm不等，沿横桥向呈均布态势，裂缝间距15cm~50cm;腹板裂缝主要集中在支点附近及钢束齿板锚固区域，裂缝走向与钢束下弯方向基本垂直，缝宽0.05~0.3mm，最大裂缝宽度达到0.75mm，最长的裂缝已贯通整个腹板。底板有新增和发展的横向裂缝；箱梁顶板水蚀严重，钢筋锈胀混凝土大面积脱落，局部钢筋锈断，顶板混凝土局部有腐蚀和大块混凝土劈裂现象，顶板多处有钟乳状悬挂沉积物。
计算分析在正常使用极限状态下，最不利荷载组合工况，主梁上、下缘均出现拉应力，均未超过A类构件规范容许应力值；最不利荷载组合工况，距边支点约5m处最大主拉应力达-2.25M Pa.静载试验结论为，在试验荷载作用下边跨跨中截面应力校验系数1.03，挠度校验系数1.07~1.12，中跨跨中截面应力校验系数1.19，挠度校验系数1.09~1.10，中跨支点截面应力校验系数0.98.预应力混凝土桥梁的结构校验系数一般为0.7~0.9，但不得超过1.05.该桥的结构校验系数较高，虽处于弹性工作状态，但已经没有强度储备。
病害分析
1、顶板纵向裂缝
本桥箱梁顶板宽12m，采用的单箱单室断面，横向跨度较大，顶板纵向裂缝由横向弯曲和箱梁畸变引起。抗裂验算最大裂缝宽度为0.21mm，因此有纵向裂缝产生，加之长期受超载车辆作用，裂缝发展、数量增加。
2、顶板横向裂缝
顶板横向裂缝主要位于齿板锚固前段约1m处，部分已横向贯通，是由于顶板束锚固过于集中，锚固位置不合理，导致局部应力超限引起。
1999年加固时已灌浆封闭，顺桥向粘贴了钢板条，检测未发现处理过的横向裂缝有进一步开裂的现象。
3、腹板斜向裂缝
箱梁腹板在支点两侧5m范围内为50cm厚，其它位置均为30cm厚，对12m宽的单箱单室断面，腹板厚度是偏薄的。计算结果显示，在最不利荷载组合情况下，支点附近主拉应力达到2.24MPa，主拉应力超限。由主拉应力引起的斜裂缝首先出现在剪应力最大的部位，随着交通量的增加，裂缝长度不断向受压区发展，裂缝区也逐渐向跨中方向发展，最后导致剪切破坏，在多种力学破坏模式中，剪切破坏的危害最大，也最突然。
4、底板横向裂缝
原桥的主梁顶底板钢束布置欠合理，底板预应力束偏短，顶、底板钢束锚固过于集中，箱梁局部应力超限，导致底板出现横向裂缝；计算结果显示，在最不利荷载组合情况下，箱梁底板距中墩5m处，拉应力为0.8MPa，距中墩10m处，无压应力储备。1999年增设的底板体外预应力，从一定程度上改善了底板的应力状况，裂缝数量没有明显的增加，但因体外预应力只施加在底板局部，而原箱梁的底板钢筋配置偏弱，在加固后近10年的运营期中，受超载车辆的长期作用，无压应力储备的底板出现开裂。
5、箱梁刚度情况分析
对桥梁的振动评价可以采用狄克曼指标K，即用人的敏感度来判别人体对结构振动感觉的界限，该桥在重车作用下会给人以明显的振感，说明在重车作用下，桥梁振幅比较大。静载试验得出的跨中挠度校验系数在1.07~1.12之间，对预应力混凝土桥梁，挠度校验系数常值为0.7~1.0，挠度校验系数偏高，说明箱梁的刚度储备偏低。顶板、腹板的多处开裂，削弱了箱梁刚度。
6、顶板病害分析
箱梁顶板病害与水蚀有关，桥面铺装破损造成桥面雨水渗入箱梁顶板，雨水渗透到混凝土内部，将一部分水泥的水化产溶解并析出；雨水还造成钢筋严重锈蚀、膨胀，钢筋保护层厚度不足，从而导致混凝土开裂剥落。
在检测期内，气候干燥，但是箱梁顶板还有大面积的潮湿区域，局部混凝土腐蚀析出了含水分的胶状结晶，判断可能是桥梁施工时，模板上涂刷的油脂类化学品在拆模后留在箱梁顶板下缘，形成一层封闭阻水薄膜，造成由桥面渗入顶板的雨水不能渗出，长期积存在顶板混凝土中，积水通过压浆不密实的预应力管道流出，从而导致齿板锚头因长期渗水形成钟乳石状的结晶。
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