大跨徑連續剛構橋加固效果的深入分析研究

孟慶陽

(中交基礎設施養護集團有限公司，北京 100011)

1 研究背景

本次通過實際營運的公路橋梁做為案例，在運營多年后發現較多的結構性裂縫，裂縫在受力關鍵部位較集中且多為腹板延申至底板的L形裂縫。在經過多方論證后采用體內預應力+增大截面的方法進行加固。本文主要研究用靜載試驗的方法判斷大跨徑連續剛構橋體內預應力+增大截面方法的加固效果及增大截面處新舊混凝土協同受力的情況，為我國的長大橋梁養護保駕護航。

2 工程概況

某特大橋全長1 341 m。主橋(第10跨～13跨)上部結構采用(65+2×120+65) m預應力混凝土連續剛構箱梁。主橋梁體和引橋小箱梁采用C50混凝土；主橋主墩身采用C40混凝土，承臺和樁基采用C30混凝土；引橋墩身、蓋梁、橋臺均采用C30混凝土，樁基采用C25混凝土。設計荷載公路-I級。

2014年橋梁檢測時，該橋整體橋梁技術狀況等級評為3類，主橋上部結構箱梁技術狀況評分為4類。病害為：箱梁頂板存在較多的縱向裂縫，底板跨中附近存在縱向裂縫，混凝土存在空洞且開裂嚴重。

2015年橋梁檢測時，該橋左右幅技術狀況等級均評定為3類，其中主橋上部結構狀況較差，技術狀況等級評定為4類，荷載試驗結果主跨校驗系數>1，結構剛度不滿足要求，實際承載能力無法滿足公路-I級設計荷載的要求。主要病害情況為：箱梁腹板豎向裂縫、底板橫向裂縫，腹板斜向裂縫，底板和頂板縱向裂縫，底板空鼓等。與2014年檢測相比原有病害沒有明顯變化，但是新發現底板橫向裂縫。

2016年橋梁檢測時，左右幅主橋技術狀況等級評定為3類，左右幅引橋技術狀況等級評定為3類，但是主橋及引橋上部結構主要承重構件技術狀況等級均為4類。主要病害情況為：箱梁腹板豎向裂縫、底板橫向裂縫，腹板斜向裂縫，底板和頂板縱向裂縫，底板崩裂等。與2015年檢測相比裂縫寬度和長度均有所發展，頂底板的縱向裂縫相對增加較多。

根據2015年和2016年橋梁定期檢測報告，結合橋梁實際情況并依據現行標準規范，采取切實可行、經濟合理的維修處治措施，修復受損構件，改善結構耐久性能，使其滿足使用功能要求。主要措施為對主橋腹板進行增大截面，步置體內預應力鋼束加固。

3 檢測方案

現場靜載試驗選取主橋第10跨、11跨。根據本橋的結構特點及[文獻1]中的規定，結合計算分析選取以下工況進行靜載試驗，如圖1所示，為各測試截面應變測點布置示意圖。①工況一：第10跨最大正彎矩偏載測試(A截面)；②工況二：第10跨最大正彎矩中載測試(A截面)；③工況三：第10號墩頂負彎矩偏載測試(B截面)；④工況四：第10號墩頂負彎矩中載測試(B截面)；⑤工況五：第11跨跨中最大正彎矩偏載測試(C截面)；⑥工況六：第11跨跨中最大正彎矩中載測試(C截面)。

圖1 各測試截面應變測點布置示意圖(單位：cm)

4 協同受力結果與分析

1)工況一試驗荷載布置(單位：με)。①A1A2/A7A8測點，箱外1.2，箱內1.0，箱內占箱外83.3%；②A3A4、A9A10測點，箱外10.1，箱內8.9，箱內占箱外88.1%；③A5A6、A11A12測點，箱外23.3，箱內19.8，箱內占箱外85.0%；④A23A24、A25A26測點，箱外0.8，箱內0.7，箱內占箱外87.5%；⑤A21A22、A27A28測點，箱外8.5，箱內7.5，箱內占箱外88.2%；⑥A19A20、A29A30測點，箱外19.0，箱內17.4，箱內占箱外91.6%。

2)工況二試驗荷載布置(單位：με)。①A1A2、A7A8測點，箱外0.8，箱內0.7，箱內占箱外87.5%；②A3A4、A9A10測點，箱外9.3，箱內8.3，箱內占箱外89.2%；③A5A6、A11A12測點，箱外20.6，箱內18.6，箱內占箱外90.3%；④A23A24、A25A26測點，箱外0.8，箱內0.7，箱內占箱外87.5%；⑤A21A22、A27A28測點，箱外8.5，箱內7.9，箱內占箱外92.9%；⑥A19A20、A29A30測點，箱外19.8，箱內18.0，箱內占箱外90.9%。

3)工況三試驗荷載布置(單位：με)。①B1B2、B9B10測點，箱外19.8，箱內18.9，箱內占箱外95.5%；②B3B4、B11B12測點，箱外6.6，箱內6.1，箱內占箱外92.4%；③B5B6、B13B14測點，箱外-5.9，箱內-4.9，箱內占箱外83.1%；④B7B8、B15B16測點，箱外-17.1，箱內-16.4，箱內占箱外95.9%；⑤B26B27、B28B29測點，箱外17.1，箱內16.1，箱內占箱外94.2%；⑥B24B25、B30B31測點，箱外5.8，箱內5.5，箱內占箱外94.8%；⑦B22B23、B32B33測點，箱外-5.1，箱內-4.3，箱內占箱外84.3%；⑧B20B21、B34B35測點，箱外-15.9，箱內-14.9，箱內占箱外93.7%。

4)工況四試驗荷載布置(單位：με)。①B1B2、B9B10測點，箱外17.9，箱內16.7，箱內占箱外93.3%；②B3B4、B11B12測點，箱外5.8，箱內5.6，箱內占箱外96.6%；③B5B6、B13B14測點，箱外-5.1，箱內-4.4，箱內占箱外86.3%；④B7B8、B15B16測點，箱外-15.9，箱內-14.9，箱內占箱外93.7%；⑤B26B27、B28B29測點，箱外17.9，箱內16.7，箱內占箱外93.3%；⑥B24B25、B30B31測點，箱外6.2，箱內5.8，箱內占箱外93.5%；⑦B22B23、B32B33測點，箱外-5.4，箱內-5.0，箱內占箱外92.6%；⑧B20B21、B34B35測點，箱外-16.3，箱內-15.5，箱內占箱外95.1%。

5)工況五試驗荷載布置(單位：με)。①C1C2、C7C8測點，箱外-12.4，箱內-11.2，箱內占箱外90.3%；②C3C4、C9C10測點，箱外18.6，箱內17.9，箱內占箱外96.2%；③C5C6、C11C12測點，箱外50.9，箱內47.0，箱內占箱外92.3%；④C23C24、C25C26測點，箱外-9.3，箱內-8.4，箱內占箱外90.3；⑤C21C22、C27C28測點，箱外15.5，箱內14.0，箱內占箱外90.3%；⑥C19C20、C29C30測點，箱外41.2，箱內37.0，箱內占箱外89.8%。

6)工況六試驗荷載布置(單位：με)。①C1C2、C7C8測點，箱外-11.7，箱內-10.2，箱內占箱外87.2%；②C3C4、C9C10測點，箱外17.5，箱內16.1，箱內占箱外92.0%；③C5C6、C11C12測點，箱外47.0，箱內42.7，箱內占箱外90.9%；④C23C24、C25C26測點，箱外-9.7，箱內-9.1，箱內占箱外93.8；⑤C21C22、C27C28測點，箱外17.9，箱內16.5，箱內占箱外92.2%；⑥C19C20、C29C30測點，箱外43.9，箱內40.9，箱內占箱外93.2%。

5 靜載試驗結果與分析

校驗系數即指某一測點的實測值與相應理論計算值的比值。在同一荷載作用下應滿足η<1，代表橋梁實際狀況要好于理論狀況[2]。由表1可以看出，測試截面應變、撓度校驗系數<1，均滿足要求。

實測殘余變形或應變與實測總變形或應變的比值越小結構越接近彈性工作狀態，一般要求≤0.20。由表2可以看出，主要控制測點應變和撓度相對殘余值均<0.2，滿足規范要求，結構彈性恢復能力較強。

表1 校驗系數評定 單位：με/mm

表2 殘余值評定 單位：με/mm

6 結 論

本特大橋在控制荷載作用下，試驗跨控制構件呈線彈性工作狀態，主要測點應變、撓度校驗系數<1，相對殘余變形≤0.2。各個截面的增大截面處、箱內及箱外測點應變實測平均值，在各測試工況下均已達到或超過原構件測點應變實測平均值的80%，甚至個別工況達到90%以上，表明各個截面的增大截面與原結構協同受力基本良好。

通過本次試驗表明，此種體內預應力對于大跨徑剛構橋的加固方法，雖然在一定程度上增加了一部分橋梁自重，改變了一些原結構的內力分布，但在加固效果方面實測校檢系數有所降低，已滿足規范要求，基本實現了承載能力的提高，同時增加了橋梁運營的安全性，并且新增部分混凝土與原結構協同受力方面也基本良好。

7 結束語

綜上所述，體內預應力加固+增大截面方式，是提高大跨徑連續剛構橋承載能力、保障舊橋安全運營的穩固、可靠的選擇。本次研究可為今后類似工程提供借鑒。

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