预应力薄壁箱梁的病害分析及维护

常广利 贾贵才 姚云翔 赵凤月 金义 郭天超

摘 要：混凝土薄壁箱梁结构有较多优点，近年来在大跨度桥梁中被广泛应用。但是，国内外建成的薄壁箱梁桥在建成后普遍出现不同程度的开裂现象。针对此现象，本文首先分析其产生的原因，然后提出桥梁结构加固的方法，以期为相关学者的研究提供参考。

关键词：薄壁箱梁桥；体外预应力；加固；病害

中图分类号：U445.72 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）07-0097-02

Analysis and Maintenance of Prestressed Thin-walled Box Girders

CHANG Guangli JIA Guicai YAO Yunxiang ZHAO Fengyue JIN Yi GUO Tianchao

（Beihua University，Jilin Jilin 132013）

Abstract： Concrete thin-walled box girders structures have many advantages， so it has been widely used in long-span bridges in recent years. However， the cracks of the thin-walled box girder bridges built at home and abroad have been widely cracked after the completion of the construction. In this paper， the reasons for this phenomenon were analyzed， and then the method of strengthening the bridge structure was put forward， in order to provide reference for the research of the relevant scholars.

Keywords： thin-walled box girder bridge；external prestress；reinforcement；disease

1 研究背景

自從人类学会使用工具，就创造了一个又一个奇迹。尤其是在造桥方面，古有赵州桥，近代有武汉长江大桥，而今，中国人又建造了另一个世界奇迹，即成功建成跨海大桥珠港澳大桥。桥梁技术的进步是人类社会不断发展的体现，是人类智慧的结晶。在17世纪以前，桥梁的建筑材料主要为石材与木材，建桥工具也非常古老，且桥梁结构主要以石梁桥和石拱桥为主。近代，随着生产力的发展、建筑材料种类的丰富及建筑工具的革新，桥梁无论在结构形式还是建筑技术上都有了极大进步。但是，随着使用年限增加，桥梁结构的承载能力、耐久性、适用性会出现不同程度的降低，而且随着汽车的载重量逐渐增大，超载超重现象严重，也对桥梁结构造成了较大破坏。在该背景下，加强对旧桥危桥的检测、加固桥梁具有重要意义：一是可以充分利用既有桥梁，减少新桥的建设成本，实现投资最优化；二是在中国公路桥梁及市政桥梁建设中，充分减少不必要的浪费。研究旧危桥加固方法对现阶段我国桥梁事业发展具有重要作用，是现在和今后广大桥梁工作者的首要任务。基于此，本文主要介绍薄壁箱梁桥维护的方法和意义[1]。

2 薄壁箱梁桥病害及其成因分析

薄壁箱梁桥常见的病害是梁体出现裂缝。在实际案例中，导致梁体开裂的原因较多。

2.1 材料因素

使用材料不合格是导致薄壁箱梁桥出现裂缝的主要因素。①水泥反常凝结。如水泥或集料中含过量的有害物质会引起随时间而增长的混凝土酥裂。②搅拌或者浇筑混凝土不合理，导致混凝土下沉离析、水泥浮浆、水泥干缩产生裂缝。③混凝土水灰比不合理，导致水泥的水化热过大，特别是大尺寸构件由于水泥水化热作用，使混凝土内部和构件表面温差过大。④水泥的反常膨胀。如集料中含活性Si02，而水泥中含碱量过高，会引起碱集料反应，使混凝土随着时间的增长而胀裂。⑤骨料中含泥。集料中含泥过量，会随着混凝土的干燥而产生不规则的网状裂缝，并使混凝土强度降低。⑥使用反应性的骨料或风化的岩石。如集料中含石灰石，在含石灰石所在处会引起混凝土爆裂。⑦混凝土的干燥收缩。

防止因材料因素产生裂缝的主要措施是：在施工中严格按标准或规范选用材料，要求用适当的配合比，采用正确的施工方法。

2.2 施工方面的因素

导致裂缝产生的施工方面的因素有：①材料搅拌不均匀；②搅拌时间过长，容易产生不规则的网状裂缝；③采用泵输送增大水泥量和用水量；④浇筑顺序错误；⑤浇筑速度过快，容易在浇筑1～2h后发生构件交接部位的纵向裂缝；⑥混凝土振捣不密实[2]。

2.3 使用环境方面的因素

导致裂缝产生的使用环境方面的因素有：①环境温度、湿度的变化；②构件内温度、湿度差；③内部钢筋的锈蚀；④碳酸盐等的化学作用。

3 加固桥梁结构的方法

当前，桥梁结构主要的加固方法有：预应力加固法、桥面补强层加固法、粘贴纤维复合材料加固法、黏贴钢板加固法、增加构件加固法等。现在对这几种方法进行具体分析。

3.1 预应力加固法

预应力加固法是通过对原有结构体施加额外的预应力，从而增加其承载能力的一种方法。适用于以下几种情况：①梁体正截面抗弯承载力不足或者受拉区普通钢筋由于锈蚀使钢筋面积减小；②由于汽车荷载增大，导致梁体变形或者挠度过大且超过了规范所规定的限值；③梁斜截面抗剪承载能力不足。

预应力加固法的原理是通过在原结构体外增加受力钢筋（预应力钢筋），相当于在原有结构基础上增大了受力钢筋面积，从而提高桥梁的承载能力。这种方法对承载能力提高较为明显，可以大幅度增加结构的抗弯刚度。但是，该方法施工工艺较复杂。

3.2 桥面补强加固法

桥面补强加固法的是通过在桥面板加铺一层钢筋混凝土层，使其与原有结构形成整体，从而达到增大桥面板或主梁有效高度和受压截面，增加桥面整体刚度，提高桥梁承载能力的一种常用且有效的加固方法。该方法主要适用于主梁或桥面板抗弯承载力不足，受压面积不足，或铰接梁、板的铰缝不能有效传力的结构，主要适用于中小跨径的桥梁。采用此加固方法进行加固时，加固结构施工完成后，并不能马上提供承载能力，此时仍是原结构受力，只有当汽车荷载及其他荷载加载時，加固结构才会参与受力。这种加固方法简单，施工快捷，且能有效增大承载能力。需要注意的是，在施工和设计过程中，要解决好原有结构和加固结构的结合问题，从而更好地使两个结构形成一个整体，共同承担荷载作用[3]。

3.3 黏贴碳纤维片加固法

黏贴碳纤维片加固法是采用粘结树脂材料将碳纤维片粘贴于结构或构件表面，形成复合材料体CFRP，通过碳纤维与构件的协同工作，来提高结构或构件的承载力和延性的一种加固技术方法[4]。该方法可以应用于各种桥梁结构的加固，可以快速修复因地震、洪水等自然灾害破坏的桥梁结构。这种加固方法不仅适用于主梁，而且对桥墩的加固也有很好的效果。

3.4 黏贴钢板加固法

这种方法与黏贴碳纤维片加固法类似，只是此方法将碳纤维片换成了钢板。此方法使受拉区配筋率增加，增大了结构的抗弯承载能力，有效提高了结构强度和刚度，是一种比较有效的桥梁加固方法[5]。此外，此方法对那些主梁钢筋受损、预应力效应减弱的梁体有较好的加固效果。此方法由于钢板和原有结构之间采用锚固与粘贴的方法，两种材料的连接更加紧密，有效提高了其间的共同作用，达到较好的加固效果。

4 结论

当箱型梁桥结构出现问题时，应采用专业的检测方式分析桥体出现问题的原因。根据具体出现的损伤问题，采用合适的加固方法，增强结构的承载力及耐久性，从而使桥体符合要求的强度与耐久度。

参考文献：

[1]单成林.旧桥加固设计原理及计算示例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]陈亮，林亚萍，项宏亮.某连续箱梁病害分析及维修加固[J].中外公路，2017（5）：193-196.

[3]梁曾其.混凝土薄壁箱梁体外预应力加固关键技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2015.

[4]蓝建雄.部分预应力混凝土连续箱梁维修加固技术研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[5]袁铜森.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝成因分析与维修加固[D].长沙：湖南大学，2006.