大跨径预应力混凝土连续刚构桥病害与加固

(重庆交通大学土木工程学院　重庆　400074)

一、连续刚构桥常见的缺陷及成因

近年来，我国及世界范围内所修建的大跨径预应力混凝土连续刚构桥在建成成桥通车行后，随之会出现一些“毛病”，外观上最显著的就是“下弯”，其次就是一条条“线”。该种桥梁存在的主要的病害有大概两种:一种是主梁桥跨跨中下挠特别明显，直观的反应就是中间的部分向下弯，有些较小。有的则达到危桥状态。湖北黄石长江大桥是一座五跨预应力混凝土连续刚构桥，在成桥通车运行几年之后，该桥梁跨中部分的下挠一直在进行。且在7年后，较建成时已有较大的挠度变化，2号墩已达30cm以上，4号墩达到20cm以上，主梁下挠的情况相当棘手。其次是桥梁出现的裂缝。顶板、腹板、底板都会出现大大小小的裂缝。

(一)跨中下挠及成因

大跨径预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠已经成为了一个比较棘手的问题，成因很多且都较为复杂，归结起来有以下几个方面：混凝土的收缩徐变的影响，我国大跨径连续刚构桥大多采用薄壁箱型梁。相关论文表明，加载会影响混凝土徐变，加载时间短的话，徐变混凝土越大，而且都采用高强度的混凝土，而且我们大都在浇筑3天后就开始对桥梁进行加载，预应力张拉，预应力钢筋和混凝土会有着联系，导致徐变系数变大，会导致下弯即挠度变大。同时，预应力钢筋和混凝土会有着联系，因为下挠，预应力钢筋的强度减小，也就是刚拉性能降低，有实验证明混凝土的变形会增大；反之，桥梁的预应力钢筋的强度较大的话，抗拉强度高，影响混凝土较小，混凝土就会相对变小；桥梁的预应力钢筋的强度如果受到影响而变小的话，混凝土就会受到影响会变大，随之，就意味着桥梁整体变形增大，也就是会出现我们看到的“下弯”的情况，“下弯”的越明显，就越会导致主梁性能降低，简短桥梁的适用寿命。

(二)梁体裂缝及成因

裂缝是桥梁遭受的病害中最常见的病害，裂缝的分类有多种。坐落在华南地区的某大桥，全长1668米，是主跨为220m的大跨径预应力混凝土连续刚构桥，浇筑完混凝土放置一段时间后，去掉临时支撑，随即出现了竖向的裂缝，靠近墩顶处的地方有竖向裂缝的产生，在桥梁中跨跨中，箱梁腹板也有竖向裂缝。广东某大桥在当时，是最大跨径的预应力混凝土连续刚构桥在世界范围内，通车几年后进行监察时发现，箱梁腹板同样出现了竖向裂缝，跨中也出现了竖向裂缝，另外，还有部分斜裂缝，斜裂缝与竖直方向成一定的角度，分布较为规律性。

二、连续刚构桥加固方法

(一)体外预应力

体外预应力是一种无黏结力，“体外”就是放置在物体外部，在桥梁中就是截面外部即混凝土构件外部，因为它是无粘结力，那么体外预应力可以放置在混凝土截面内部且不与混凝土黏结的。体外预应力按照锚固的形式可以分为集中锚固和分散锚固，集中锚固就是把预应力钢筋固定在支点处，反之，分散锚固就是把预应力筋锚固在桥梁跨中每个断面处。当然还有混合锚固的形式，才用集中锚固和分散锚固的形式分成两部分分别锚固。

体外力放置在梁体外部，便于施工，工序简单易操作，浇筑混凝土不需要留孔道，很方便，重要的是能够让我们检修人员便于观察。若采用体外预应力加固方案对桥梁进行加固时，不对通行造成影响，可以在保通情况下进行施工，等等还有很多优点。当然，体外预应力加固技术也有很多缺陷。体外预应力筋暴露在外面，容易受到“伤害”，主要有碰撞和火损，主要有碰撞和火损。相对于体内预应力筋，一旦锚固端部失去能力即失效，那么体外预应力筋就会失去“力量”，所以锚固端较体内预应力应该严加保护。

(二)减轻恒载

桥梁服役一段时间后，会出现各种病症，如开裂、下挠，我们对其承载能力进行详细的验算分析后，有必要采取适当的措施对其减轻部分恒载，以满足我们对该地段交通量通行能力的要求。减轻恒载，顾名思义，就是减轻桥梁本身的自重，比如拱桥设置腹孔，梁桥运用T梁、箱型梁、空心板等，或者在加固中拆掉一些附属物。

(三)斜拉加固体系

根据对体外预应力的分析研究，我们可以把体外力看作是一个个弹性支承，与原结构共同受力，那么我们可以联想到斜拉桥的体系，它是利用斜拉索作为弹性支承来支撑桥梁，因而在桥梁加固中我们可采用斜拉加固体系，也可采用部分斜拉加固体系，部分斜拉体系不同于箱梁桥，也不同于传统斜拉桥体系，它类似于二者之和。

部分斜拉加固体系中，原桥梁的墩、梁和新建的塔的关系可分为固结体系和塔、梁分离体系，部分斜拉桥的斜拉索锚固在刚横梁或者在新增加的齿板上。

三、结语

对该桥的既有病害设想了两种加固方案，且方案都是曾用于大跨径预应力混凝土连续刚构桥的，并用有限元软件建立模型进行分析，对加固后的效果进行分析后，得到如下结论：

1)部分斜拉加固体系，效果：挠度上台15.2cm；体外预应力体系，效果：挠度上台4.2cm，就加固效果来说，部分斜拉加固方案优于后者。

2)两种方案的适用情况、施工难易、成本高低都有所不同，都具有可行性，但是部分斜拉体系可以能够解决体外预应力加固方案效果不理想的情况的问题。