浅析预应力连续刚构桥病害成因及加固方法

李虹勉

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074)

浅析预应力连续刚构桥病害成因及加固方法

李虹勉

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074)

由于早期修建连续刚构桥时桥梁结构设计和材料理论不完善以及日益递增的交通运输量、养护管理的局限性和近年来恶劣的自然条件，引发了部分桥梁的各种问题和结构性病害，主要表现为“腹板开裂”、“底板开裂”、“顶板开裂”和“跨中下挠”等问题，轻者影响结构耐久性和美观，严重者将限制桥梁的正常使用或导致结构丧失承载能力。本文主要简单介绍该类桥型病害及原因以及加固方法。

连续刚构；病害；加固

1.引言

国内于上世纪70年代开始大跨径混凝土连续梁（刚构）桥的建设工作，因其具有结构整体性能好、抗震能力强、抗扭潜力大、桥体简洁明快、便于悬臂施工、维护方便等优点迅速成为跨径60m～300m范围内最具竞争力的桥型，被广泛运用于公路大型桥梁及市政高架桥梁[1-2]。而我国早期预应力混凝土连续刚构桥在建设时，由于受当时设计和材料理论、施工质量或桥长期处于超限运营状态等原因，该类桥型普遍在投入服役时间不久就出现长期下挠及开裂现象[3-6]。而合拢段浇筑时，相邻节段混凝土收缩完成尚在40%下而强度在75%以上，两侧挠度不断变化，温差变化也使得合拢段的早龄期混凝土承受着反复的挠曲及拉压，而合拢段是桥梁中承受活载弯矩较大的部位，容易形成早期裂缝。此外桥梁开通运营以后，随着外界温度交替变化、雨雪侵蚀、冻融循环、酸雨腐蚀、正常交通累积、超载车辆通行以及桥梁本身的徐变和松弛，桥梁也会逐渐出现由于老化而加剧下挠、开裂、预应力损失过大等病害。

2.大跨径连续刚构桥病害原因

目前国内外比较认同的导致大跨径连续刚构桥长期下挠现象的主要因素可能为：（1）混凝土收缩徐变(包括箱梁断面构件不同厚度导致的收缩差异影响、交通荷载和温度变化引起的反复荷载效应、施工接缝的影响、环境温度与湿度的变化等) 的影响程度及长期性估计不足；（2）对预应力长期损失估计偏低；（3）混凝土的开裂；（4）施工方法(特别是合龙方式)导致的不利的成桥应力状态；（5）旧规范(JTJ023-85)计算钢筋混凝土受弯构件的挠度未考虑荷载长期效应影响。大跨预应力混凝土连续刚构桥箱梁开裂的主要原因归结为（1）预应力的损失，其中竖向预应力对箱梁的主拉应力起控制作用，且竖向预应力很难达到计算值；（2）设计未考虑纵向预应力的竖弯，纵向预应力不能起到预剪力作用。保护层厚度偏薄和预应力束曲率半径过小是跨中混凝土崩裂的原因之一。预应力损失过大，主梁抗裂性能不满足要求，混凝土梁出现裂缝，而裂缝的出现会不断增大预应力的损失，导致跨中不断下挠，而且跨中下挠导致主梁开裂，这样形成挠度裂缝恶性循环过程，降低了箱梁的耐久性。这些对结构产生各种病害的影响因素有些不但具有较大随机不确定性，而且还相互耦合。因此，对大跨径预应力混凝土连续刚构桥旧、危桥的加固和维修已经引起了全世界的关注。

3.大跨径连续刚构桥的加固方法

目前，桥梁加固技术主要分为三类[7-16]。一是增加恒载加固法，主要包括粘贴钢板或碳纤维板法、增大截面法等。增大截面加固法即采用钢筋混凝土或钢筋网砂浆层，来增大原混凝土截面面积，使新旧混凝土共同工作，达到提高结构承载能力地目的。本方法使用于钢筋混凝土或预应力混凝土受弯构件、钢筋混凝土受压构件的加固，以提高受弯构件的抗弯承载力、抗剪承载力和刚度。粘贴钢板加固方法即用粘结剂粘贴钢板补强、加固的钢筋混凝土结构构件，能大大提高其原设计承载力和抗破坏能力。这是因为粘贴钢板后，提高了原结构构件的配筋量，相应就提高了结构构件的抗拉、抗弯、抗剪等方面的力学性能，而这些性能是靠结构胶粘剂的良好粘结性能，把钢板与混凝土牢固地粘结在一起，形成整体，有效地传递应力，共同工作来保证的。本方法使用于钢筋混凝土受弯、受压和受拉构件的加固。粘贴碳纤维复合材料即对受拉区采取粘贴具有高抗拉性能的碳纤维布的方式以抵抗受拉区的拉力，从而弥补抗拉性能差的不足。本方法使用于钢筋混凝土受压柱，以提高延性、耐久性的加固;亦可用于梁、板的加固。此类方法在提高承载力的同时增加了结构的恒载，多为被动加固法，加固效率较低。二是基本维持恒载加固法，如改变结构体系加固法、体外预应力加固法。体外预应力加固法即体外预应力束通过转向板转向以确定钢束走向形成析架体系而成为超静定结构，以抵消部分恒载应力，起到卸载作用，降低原结构应力水平，改变原结构内力分布，减少箱梁的跨中弯矩，提高箱梁的正截面抗弯强度、刚度和抗裂性，从而达到较大幅度的提高桥梁的承载能力，且可减少结构的变形，使其裂缝缩小甚至完全闭合。此类加固方法为主动加固方法，理论上加固效果较好，但耐久性、可靠性有待提升。三是减轻恒载加固法，主要包括减轻桥面铺装，更换轻质护栏等，为主动加固法，但由于多为减轻附属结构的重量，加固效果有限。

由以上预应力混凝土连续刚构桥病害及其成因分析可知，大跨径连续刚构出现病害以后结构受力比较复杂，体外预应力的施加对连续刚构局部影响较大，但不能盲目加太多。因此，一般综合上述加固方法，即加设体外预应力束又采取粘贴钢板或碳纤维板，加强加固效果。

4.结论与展望

综上所述，大跨径预应力混凝土连续刚构桥的病害影响因素众多，涉及设计、施工、运营情况、材料等阶段，并且其中一些影响因素相互耦合造成桥梁受力复杂，一些因素尚未研究清楚，目前也还没有能主动加固减轻恒载且永久性的解决跨中下挠、梁段开裂等病害的方法，要解决刚构桥下挠、开裂等问题还需要大量的理论与技术研究。

References)

[1]范立础.桥梁上程(上册)[M].北京:人民交通出版社，2012.

[2]刘敏.连续薄壁箱形构件受力偏差分析[J].交通标准化，2007 (7):57-60.

[3]向中富，黄海东，许宏元.大跨径连续刚构桥加固技术研究与实践[C]第十八届全国桥梁学术会议论文集(下册).北京:人民交通出版社，2008:1512-1517.

[4]楼庄鸿.大跨径梁式桥的缺陷[J].预应力技术，2004(2):35-36.

[5]谢峻,王国亮,郑晓华.大跨径预应力混凝土箱梁桥长期下挠问题的研究现状[J]公路交通科技，200724(1):47-50.

[6]孙剑川.大跨连续刚构桥预应力损失对后期下挠影响分析[J]四川建筑，2011,31(2):126-128.

[7]韩继云，等，建筑物检测鉴定加固改造技术与工程实例[M].北京:化学工业出版社，2008

[8]堪润水胡钊芳帅长斌.公路旧桥加固技术与实例[M].北京:人民交通出版社，2007

[9]李宏江，李万恒，程寿山等.体外预应力在某连续刚构桥加固中的应用及其效果分析[J].铁道标准设计，2004，(12):48-51

[10]Tatsuo Ogata and Koji Osada. Seismic retrofitting of expressway bridges in Japan. Cement and Concrete Composites，2000，22，22(l):17-27

[11]柳炳康，吴胜兴，周安.工程结构鉴定与加固改造[M]，北京:中国建筑工业出版社，2008

[12]林文修，等.混凝土结构加固方法与实施要点[M].北京:中国建筑工业出版社，2007

[13]赵林，马茂军，赵拥军.析架拱旧桥加宽改造方案设计与结构计算[J]公路交通科技(应用技术版)，2006，(01):35-27

[14]Yao M, Zhang S. Fuzzy Consistent Matrix and Its Application. Jounal of systems Engineering and Electronics，1997，81，8(l):57-64

[15]詹建辉，陈卉.特大跨度连续刚构主梁下挠及箱梁裂缝成因分析[J].中外公路，2005，(01):56-59

[16]张劲泉，王文涛.桥梁检测与加固手册[M]，北京:人民交通出版社，2007

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1007-6344（2016）07-0026-01