装配式预应力混凝土箱梁病害成因分析及处理措施

贾 磊 惠 丕

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075)

装配式预应力混凝土箱梁病害成因分析及处理措施

贾 磊 惠 丕

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075)

以装配式预应力混凝土箱梁病害为研究对象，分析了该病害的主要表现形式及其形成原因，并制定了具体的维修加固措施，经实例验证，获得了良好的加固效果，为类似桥梁结构的病害处置积累了经验。

箱梁，病害，加固措施，预应力碳板

1 概述

装配式预应力混凝土箱梁桥20世纪80年代末出现并应用于桥梁建设，并于90年代在国内高速公路建设过程中成为我国高速公路建设的首选桥型。近年来，随着我国经济的快速发展，超重、超载车辆不断增多，多数装配式预应力混凝土箱梁出现不同程度的损伤和退化，影响结构的安全运营，因此对该类桥梁结构的病害分析及加固技术的研究是必要的。本文针对目前装配式预应力混凝土箱梁的普遍病害进行分析，提出具有针对性的加固措施，并对某座实际桥梁进行加固设计，通过理论分析与实际处置效果的综合研究，为装配式预应力混凝土箱梁的病害处置提供一定的经验。

2 装配式预应力混凝土箱梁病害表现及成因分析

2.1 装配式箱梁桥目前状况

通过对国内在1995年～2004年所修建的装配式预应力混凝土箱梁的调查发现，箱梁普遍存在的病害见表1。

表1 装配式预应力混凝土箱梁病害统计表

2.2 病害原因分析

上述病害为目前国内装配式预应力混凝土箱梁存在较为普遍的病害形式，通过对桥梁的设计图纸查阅，车辆通行情况调查，以及桥梁所处建设时期施工水平及环境因素的综合分析得出以下结论。

2.2.1 早期设计理念对主梁结构的影响

从1995年到2007年，装配式预应力混凝土箱梁标准图经过多次改版，由于不同时期设计理念以及技术水平的不同，预制箱梁标准图在结构尺寸、预应力钢束的配束以及普通钢筋的布置方面均发生较大变化，通过对比分析各个不同时期的通用标准图，具体表现如下:

1)箱梁梁高，细部结构尺寸差异较大；2)混凝土材料及预应力钢材差异较大；3)钢束及普通钢筋布置差异性较大；4)预应力连续与钢筋连续、结构连续与桥面连续等差异性较大；5)单点支撑与多点支撑的差异性较大。

随着国民经济的发展，车辆超载以及外界环境的变化，基于早期标准图修建的装配式预应力混凝土箱梁均出现了不同程度的病害。因此，只有深入了解不同时期标准图中此类桥梁的设计方法及设计思路，才能真正分析清楚此类桥梁出现不同程度病害的真实原因，并提出合理的加固设计方案。

2.2.2 桥梁活载内力的增加

随着交通运输业的发展，高速公路交通量不断增加，特别是超载车辆的吨位、数量不断上升，使得桥梁长期处于超限服役和疲劳运营的不利状态，进一步加剧了既有受力裂缝的快速发展。

2.2.3 其他原因

1)外部因素：

a.设计理念的差异，导致主梁梁高较小、刚度较弱；b.主梁墩顶负弯矩处配筋薄弱；c.近年来，快速激增的运营荷载导致病害发展加剧；d.施工过程中的施工偏差引起箱梁早期病害的产生。

2)内部因素：

a.腹板主拉应力过大，斜截面抗剪强度过低导致腹板斜裂缝出现；b.主梁预应力损失，正截面抗弯承载力降低导致底板横向裂缝出现；c.预应力钢束在转折角处所产生的集中力的合力；横向温度应力；横向配筋不足；截面尺寸不合理导致底板纵向裂缝出现；d.翼缘板截面抵抗弯矩不足，温度变形、混凝土收缩和不均匀沉降导致翼缘板根部纵向裂缝；e.主梁墩顶负弯矩处配筋薄弱导致桥面连续段处开裂，跨中弯矩增大进一步加固跨中横向裂缝发展。

3 加固维修方案

3.1 加固维修设计目标

1)通过加固和维修措施，增大主梁截面，提高主梁抗弯承载能力；

2)通过结构局部补强，改善箱梁支点截面传递荷载的能力；

3)处置裂缝及混凝土缺陷，在一定程度上恢复主梁刚度及提高结构耐久性；

4)处置桥梁其他存在病害的构件，改善桥梁使用性能。

3.2 加固维修病害处置思路

装配式预应力混凝土箱梁加固思路表见表2。

表2 装配式预应力混凝土箱梁加固思路表

3.3 加固维修主要设计内容

1)对各联主梁梁底张拉预应力碳纤维板，减小主梁梁底钢筋应力值(见图1)。

2)在墩顶负弯矩区增设加强钢筋，以有效的恢复结构连续体系，提高受损箱梁负弯矩区安全储备(见图2)。

3)在距主梁支点1.5 m～6.5 m范围内腹板粘贴钢板，降低支点处钢筋应力值，抑制腹板混凝土斜向裂缝的开展(见图3)。

4)铣刨原桥桥面铺装层，铺设新的防水混凝土层与沥青混凝土铺装层，提高桥梁抗弯刚度和承载能力，桥面板内设置双层钢筋网，提高桥面横向整体性，改善结构横向受力。

3.4 加固效果验算

国内某高速路上一座装配式预应力混凝土箱梁桥，跨径组成为(5×20)+(5×20+20.28)+30+(20.28+5×20)+(6×20)m，2005年建成通车，经过9年的运营出现了相应的病害，根据3.3节加固维修方案进行实施，选取该桥典型的跨径组成(5×20)m一联进行结构计算，计算结果见表3，表4。

表3 承载力极限状态正截面抗弯能力对比表

表4 正常使用极限状态截面应力对比表 MPa

通过分析加固前后计算结果可知，采用张拉预应力碳纤维板法、粘贴钢板法，使桥梁受力明确，改善了主梁跨中断面的应力状况，提高了支座附近处的抗弯承载能力，在改善结构受力的同时，闭合了原结构的裂缝，起到了良好的效果。针对不同时期设计的装配式预应力混凝土箱梁桥，虽然混凝土、钢筋强度不同，结构截面尺寸不同，但通过精心设计，亦可采用以上加固方案。加固后该桥承载力得到一定程度的提高，可以保证桥梁在目前的交通需求下安全的运营，达到了预期的加固目标。

4 结语

本次加固方案在查阅国内外大量文献资料及调研相关工程实例的基础上，对装配式预应力混凝土箱梁桥的病害类型及产生的原因进行了深入研究，并分析了导致不同病害产生的原因，在总结以往此类桥梁成功加固技术经验的基础上，对主动加固、被动加固以及主动加固技术如何与被动加固技术相互结合等处置方案进行了深入讨论，通过工程实例对加固效果，以及加固方案的可行性进行验证。

[1] JTG D62—2004，公路桥涵设计通用规范[S].

[2] JTG D62—2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3] JTJ 023—85，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4] 姚玲森.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社,1985.

[5] 宋玉普.预应力混凝土桥梁结构[M].北京：机械工业出版社,2007.

[6] 范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社,1999.

The analysis of the disease and reinforcement measures of prefabricated prestressed concrete box girder bridges

Jia Lei Hui Pi

(CCCCFirstHighwayConsultantsCo.,Ltd,Xi’an710075，China)

Taking the diseases on assembly prestressed concrete box girder as the research objects, the paper analyzes the main forms of these diseases and their forming reasons, makes out factual maintenance and consolidation measures, and proves by the example that it obtains better consolidation effect, so as to accumulate experience for the disease treatment of similar bridge structures.

box girder, disease, consolidation measures, prestressed carbon plate

1009-6825(2015)02-0159-03

2014-11-07

贾 磊(1982- )，男，工程师； 惠 丕(1985- )，男，工程师

U445.71

A