某等截面连续箱梁加固及静动力性能研究

熊浩 刘超

【摘 要】以某等截面连续箱梁桥加固为工程背景，基于加固前病害调查及荷载试验，分析病害产生的原因，针对性的为该箱梁结构的加固方案设计提供依据和维修加固建议。并通过对加固前、后两次静、动载试验获得的静、动力实测数据进行对比分析.综合评价了桥梁维修加固效果，得出桥梁结构的强度和刚度得到一定的提高，说明加固设计方案和施工是成功的，可为今后类似工程提供参考。

【关键词】连续箱梁;荷载试验;维修加固;静动力性能

中图分类号： U446 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）24-0009-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.005

0 引言

近年来，随着桥梁服役年限的增长和荷载等级的提高，部分城市快干线连续箱梁因主梁开裂严重须进行检测评定和维修加固，而如何准确评价箱梁在加固前后的受力性能并对其加固效果进行评价，已成为加固工程中非常关心的问题[1]。

为此，本文以一座连续箱梁病害调查和维修加固为例，分析病害产生的原因并针对性的采取维修加固措施，并通过对加固前、后两次静、动载试验获得的静、动力实测数据进行对比分析，综合评价了桥梁维修加固效果，以供类似工程参考。

1 原桥概况

某桥于2004年建成通车，为4×43m为等截面预应力砼连续梁，单箱单室，顶板宽13m，底板宽6m，跨中梁高2.3m。下部结构为钻孔灌注桩基础，双柱式桥墩。桥面铺装为15cm C40防水混凝土。桥梁为双幅桥，单幅桥宽13m，桥梁总宽26m，双向4车道，车道两侧各设3.5m非机动车道和2m人行道。设计荷载为城市-A级，人群荷载按城市桥梁规范计算取值，设计速度为60km/h。

通车运营后，由于交通量及重载交通不断增大，桥梁上部结构出现开裂严重等诸多病害，影响其结构耐久性和安全性。为此，特对该桥进行了病害调查及荷载试验，以全面检测桥梁的病害及受力性能。

2 病害检测概况[2]

对该桥进行了检测，主要内容包括外观质量、混凝土强度、碳化深度等。主要检测情况如下：

（1）上部结构箱梁底板纵向裂缝较为普遍，在箱梁底板L/4附近位置发现纵向裂缝和网裂，以边跨居多，大多为长50～150cm裂缝组成的纵向裂缝带，裂缝宽在0.08mm～0.20mm之间。

（2）箱梁外腹板各出现多条斜向裂缝，主要发生在距离支点水平距离9m左右，最大斜向裂缝宽度为 0.32mm，裂缝深度为50mm，深度未贯穿腹板。

（3）通过对箱梁底板开孔后进入箱内检查，发现箱内顶板出现多条纵向裂缝，大部分位于顶板中部附近，长度为50～260cm，宽度为0.10mm～0.23mm。

（4）其他：部分支座锈蚀严重;桥面铺装出现较多纵向、横向裂缝及网状裂缝;箱梁局部位置砼出现破损、露筋的现象;伸缩缝均出现堵塞现象。

3 加固维修方案

结合桥梁检测情况及病害原因分析[3]，主要维修加固措施如下，维修加固立面布置及断面布置图如图1～2所示。

4 两次静动载试验数据对比分析

4.1 静载试验对比结果[4]

4.1.1 试验工况及测试内容

本次试验共设4个控制截面，布置如图3所示，采用midas Civil[5]建立了梁单元有限元模型，并通过计算确定静载工况及荷载效率系数，见表1。测试主要内容为：各工况下对应测试截面应变、挠度及裂缝。

4.1.2 试验结果

（1）应变试验结果

由表2可知，加固前应变校验系数在0.763～0.873之间，相对残余变位在1.0%～5.4%之间，检验系数和残余应变均满足规范要求，但结构安全富余较小。加固后应变校验系数在0.699～0.794之间，相对残余变位在0.8%～3.7%之间，检验系数和残余应变均满足规范要求，应变检验系数比加固前小约10%，表明加固后结构强度有明显提高。

（2）挠度试验结果

由表3可知，加固前挠度校验系数在0.791～0.901之间，相对残余变位在0.5%～5.2%之间，检验系数和残余挠度均满足规范要求，但结构安全富余较小。加固后挠度校验系数在0.720～0.817之间，相对残余变位在1.2%～3.5%之间，检验系数和残余挠度均满足规范要求，挠度检验系数比加固前小约9.7%，表明加固后结构刚度有明显提高。

（3）裂缝检测结果

第1跨0#台位置有剪切裂缝，工况V对裂缝进行测试，剪力工况作用下裂缝变化情况见表4。

由表4可知，在整个试验过程中未发现有新裂纹、裂缝出现。加固后裂缝均被灌缝修复，静载试验期间未见裂缝有开展，表明加固效果较好。

4.2 動载试验对比结果

加固后，实测桥梁的竖向基频为2.75Hz，大于理论计算值2.15Hz，加固前桥梁基频为2.5Hz，加固后基频提高了10%，表明桥梁动刚度有了一定的提高;加固后桥梁实测阻尼比为1.22%，比加固前减少了66.6%，说明桥梁结构耗散外部能量输入的能力亦得到了提高。

5 结语

本文以一座运营期内裂缝病害严重的连续箱梁桥为例，通过分析病害产生的原因并针对性的采取维修加固措施，通过加固前、后两次静、动载试验得出主要结论如下：

（1）加固后箱梁的应变和挠度较加固前有较大的减小，桥梁的承载力达到了设计要求并有一定的安全储备系数。

（2）经两次动载试验结果分析可知，加固后桥梁的竖向基频有所提高，说明桥梁的动刚度得到提高;实测阻尼比有大幅度的减小，结构耗散外部能量输入的能力亦得到提高。

（3）采用箱内增设体外预应力主动加固与粘贴钢板相结合的方案对桥梁进行加固效果比较明显，说明加固设计和施工是成功的，可供类似工程参考。

【参考文献】

[1]刘乐平，许肇峰.连续曲线箱梁受力性能和加固效果分析[D].广东公路交通，2018.04.

[2]杨俊，曹一山.大跨连续刚构桥底板纵向裂缝成因分析与处治措施[D].公路，2017.08.

[3]公路桥梁技术状况评定标准 JTG/T H21-2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]公路桥梁荷载试验规程 JTG/T J21-01-2015[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.

[5]王伟.midas Civil桥梁荷载试验实例精析[M].北京：中国水利水电出版社，2017，70.