混凝土简支梁桥单梁受力病害原因与维修加固措施探讨

□文/张广寅

国道主干线及高速公路上钢筋混凝土（或预应力混凝土）简支T型梁桥和板梁桥常出现单梁受力病害。所谓单梁受力病害是指相邻梁间的横向连接构造或铰缝发生破坏，当汽车轮重全部作用于某一片梁时，该片梁与相邻梁相比有明显的下挠现象。病害首先表现为桥面沥青混凝土面层出现沿相邻梁铰缝位置的纵向裂缝或带状破损，雨天后铰缝渗水严重，随着时间的推移和外界环境的影响，裂缝附近的沥青混凝土小范围剥离、脱落以致形成带状坑槽，严重者梁体开裂或折断，严重影响桥梁结构和行车安全。

单梁受力病害原因

单梁受力病害多为横隔板连接处开裂或铰缝严重损坏引起的。简支T型梁桥的横隔板连接新形式主要有2种。一种干接缝，即相邻梁通过在横隔板靠下边缘两侧和梁顶部翼板内预埋的钢板焊接连接；另一种是湿接缝，即T型梁预制时相邻梁通过在横隔板和顶部翼板间一定宽度范围内预留的钢筋绑焊，然后现场浇注混凝土（后浇带）连接。简支板梁桥的铰缝形式分大小铰缝，均采用企口混凝土铰连接，同时板梁铰缝内及梁顶预留连接钢筋伸出与相邻板梁的连接钢筋互相绑扎浇注在铰缝内和水泥混凝土铺装层内。简支T型梁桥横隔板和翼板横向连接与板梁桥铰缝的横向连接作用是传递相邻梁在汽车荷载下产生的竖向剪切力，使桥上所有梁共同受力。

设计上对简支梁桥横向连接度考虑不足

T型梁桥在构造上追求小而巧，相对主体结构抗弯刚度、横向连接刚度薄弱，在车辆荷载作用下，邻近梁的整体横向刚度不足。其破坏过程是横隔板开裂→单梁受力→T型梁主体破坏。很少出现T梁主体破坏而横隔板未开裂或同时破坏的情况。

板梁桥的铰缝构造决定了其后期病害的必然发生。相邻梁或采用穿手钢筋相互连接，或采用顶板预留钢板焊接相互连接，铰缝内混凝土为素混凝土。由于铰缝空间小，穿手钢筋绑扎困难，其有效作用被减弱，加上支座脱空、桥面渗水冻胀、相邻梁竖向变形差异等因素影响，铰缝内混凝土易造成开裂、局部破碎从而发展为整条铰缝损坏。

施工存在局部质量隐患

局部施工质量差加速了铰缝和横隔板连接处的开裂损坏。如某高速公路上一3孔预应力简支板梁桥通车不久，发现9片板梁出现单梁受力病害，造成板梁跨中附近梁底已出现横向裂缝，经检查部分铰缝底部约15 cm高范围填有大量的石块，铰缝未发挥应有的作用。又如某高速公路上的2座板梁桥铰缝施工未达到图纸要求而发生了单梁受力病害，一座桥是因为板梁铰缝内靠近梁底部位置的穿手钢筋未绑扎在一起，另一座桥是因为在板梁预制施工时没有设置靠近梁底部位置的铰缝穿手钢筋。

施工误差过大也是造成单梁受力的一个因素，如相邻T梁横隔板不在一个平面内或上下尺寸差异过大造成连接钢筋受力不合理。

汽车超载和外界环境的影响

近年来，汽车超载运输已是不争的事实，它对于桥梁的破坏是致命性的，特别是国道上较早建成的简支混凝土或预应力混凝土T梁和板梁桥，由于设计荷载标准低，超载车多次通过后，T梁间横向刚度不足和板梁铰缝损坏很快发展为单梁受力，有时会导致梁体断裂。车流量的不断增加也是加速梁体横向连接提前破坏的重要因素。外界环境如夏季雨水的侵蚀和冬天雪水侵入加上冻胀作用，加速了简支梁桥横向连接的破坏速度也很快发展为单梁受力。

维修加固措施

改善水泥混凝土铺装层结构

出现单梁受力后，板梁桥一般要及时重修受力梁与相邻梁的铰缝，T梁桥需加固损坏严重的横隔板，桥面铺装也要进行局部或整幅桥面的维修。

（1）加强水泥混凝土铺装层钢筋网或采用双层钢筋网，也可以增加钢筋直径。

（2）梁顶植筋使水泥混凝土铺装与梁体共同受力。

（3）在保证恒载和原设计相同的条件下，增加铺装层水泥混凝土的强度及厚度。

（4）铺装层采用纤维混凝土，纤维混凝土具有减少塑性裂缝和混凝土的渗透性、增加抗破损和抗冲击能力等优点。

（5）增强铺装层水泥混凝土的抗渗和抗冻性。

（6）水泥铺装层顶面需采用可靠的防水层，如用卷材、热喷沥青洒布碎石等。

改善梁间横向连接构造

（1）增加梁间穿手钢筋和连接钢板的数量。加固维修中采取在梁上植筋的技术增加穿手钢筋数量，加强梁间的横向连接刚度，具体施工时穿手钢筋应采用“U”型并在相邻梁间成对出现，相互绑扎牢固。同时在相邻板梁的顶板和底板增加横向连接钢板可以提高各板梁之间的横向联结刚度、增强横向稳定性，可以减少甚至避免出现单梁受力的现象。

（2）改善铰缝混凝土性能。改善铰缝混凝土性能有3种方法，一是采用微膨胀混凝土对梁体侧面进行凿毛处理，降低铰缝混凝土不密实及微小缝隙产生的可能性；二是增加混凝土强度等级，提高铰缝抵抗剪切破坏的能力；三是在铰缝混凝土中增设钢筋网，目的是提高铰缝混凝土的整体性和抵抗剪切破坏的能力，钢筋网直径一般采用6 mm或8 mm，钢筋网在现场绑扎效果最好，凡纵横钢筋交接处均应绑扎。

（3）改造T梁横向连接。改干接头为湿接头，从结构上有2方面的改进，一是T梁翼缘板之间加强湿连接，做法是在每道横隔板之间做一个40 cm×50 cm（横向×纵向）现浇连接头或者沿纵向凿除相邻T梁翼板混凝土各20 cm，用短钢筋绑扎后，吊模板，浇注混凝土；二是将T梁横隔板的连接形式由原来的钢板连接改为钢筋混凝土湿连接，做法是凿除相邻T梁横隔板混凝土各20～40 cm，钢筋绑扎后，立模板，再灌注后浇混凝土。后浇注的混凝土最好采用免振无收缩混凝土。

通过增加T型梁间横向连接数量也可增加相邻梁间整体横向刚度，该方法对增加梁体整体性和横向刚度效果明显。增加的横隔板可以是钢筋混凝土的或者是型钢结构的。靠近梁端横隔板的连接刚度对梁体横向刚度的影响较大，因此增加的横向连接应尽量靠近梁端。同时，因增加了横隔板而使梁的自重弯矩值增加不能太大，应综合考虑。

横向施加预应力

T型梁桥可采用相邻梁在原横隔板两侧或一侧增设横隔板并在其上下一定位置施加横向预应力的方法，预应力钢筋可采用直径25 mm的精轧螺纹钢筋并配以特制的锚具，施工时应配以预应力钢筋保护套管、管箍、橡胶垫、张拉千近顶、金刚石空心钻、钢筋定位仪等配件和工具，对预应力钢筋需进行防腐处理，新增的横隔板采用环形中空的钢筋混凝土结构，构造钢筋采用植筋技术。横向预应力筋也有通过在相邻梁腹板间设置水平板的方式。无论哪种方式，预应力筋的数量规格均应通过计算确定。该加固技术多用在铁路T型梁桥上，解决铁路提速后桥梁横向振幅过大问题。某32 m铁路T型梁桥采用了该加固技术后的动载试验数据表明，桥梁的横向刚度、竖向刚度和整体性均得到了加强。

板梁桥在每孔板梁底增设一定数量的横向体外预应力索，对板梁铰缝下缘混凝土产生预压应力，限制了单个板梁的横向变形，增加了板梁间的摩擦力，使桥梁整体承载能力增强。该加固方法主要工艺有高强胶结材料灌缝、确定横向预应力索的位置数量、埋件设置、钢绞线防腐处理等。某高速公路20 m板梁桥共12片板梁，采用该种加固技术后的静荷载试验数据表明，加固

后板梁挠度平均减小40%，最大减小幅度达70%。

从设计上改变混凝土简支梁桥横向连接构造的设想

在设计阶段改变混凝土简支梁桥横向连接构造，即对简支梁间施加横向预应力，增加简支梁桥整体横向刚度是解决简支梁桥单梁受力病害有效措施之一。

横向施加预应力技术于2001年开始在铁路混凝土简支梁桥提速加固中普遍应用，铁道部相关部门组织部内设计院开始在简支梁桥设计中采用该技术并编制发布多套通用参考图。公路桥梁和铁路桥梁在设计上无本质差别，主要体现在公路桥梁荷载比铁路桥梁荷载小，公路桥梁横向分布复杂而铁路桥梁的横向分布简单，公路桥梁宽而铁路桥梁窄，还有对动力特性指标的要求不同。可以设想，借鉴铁路混凝土简支梁桥设计中横向预加应力技术成功应用的经验，在公路简支梁桥设计中应用该技术。

结语

（1）混凝土简支梁桥单梁受力的原因是多方面的，根本原因是设计上对简支梁桥横向连接刚度考虑不足和构造缺陷所致。

（2）针对既有混凝土简支梁桥单梁受力病害，可采取相应有效的加固措施来消除，但有反复现象。

（3）新建公路简支梁桥设计可以考虑通过梁间施加横向预应力增加桥梁整体横向刚度的方法解决混凝土简支梁桥的单梁受力问题。

[1]彭彦忠，王宏义.中小跨径预应力空心板桥铰缝加固处理方案的比选［A］.第14届全国结构工程学术会议论文集（第三册）［C］.北京：2005：389-392.

[2]马 林.铁路常用跨度混凝土简支T梁横向加固方法的研究［J］.铁道标准设计，2008，（1）：43-47.

[3]李友好，赵豫生.某病害桥横向体外预应力加固实践［J］.重庆交通学院学报，2005，（4）：18-21.

[4]孙国钧，夏 禾，张 楠.预应力混凝土T型梁横向加固试验研究［J］.北方交通大学学报，2002，（8）：9-11.

[5]崔树强.铁路预应力混凝土简支T梁横向预应力联结加固施工技术［J］.上海铁道科技，2007，（4）：41-43.