大跨径连续刚构桥加固效果的深入分析研究

孟庆阳

(中交基础设施养护集团有限公司，北京 100011)

1 研究背景

本次通过实际营运的公路桥梁做为案例，在运营多年后发现较多的结构性裂缝，裂缝在受力关键部位较集中且多为腹板延申至底板的L形裂缝。在经过多方论证后采用体内预应力+增大截面的方法进行加固。本文主要研究用静载试验的方法判断大跨径连续刚构桥体内预应力+增大截面方法的加固效果及增大截面处新旧混凝土协同受力的情况，为我国的长大桥梁养护保驾护航。

2 工程概况

某特大桥全长1 341 m。主桥(第10跨～13跨)上部结构采用(65+2×120+65) m预应力混凝土连续刚构箱梁。主桥梁体和引桥小箱梁采用C50混凝土；主桥主墩身采用C40混凝土，承台和桩基采用C30混凝土；引桥墩身、盖梁、桥台均采用C30混凝土，桩基采用C25混凝土。设计荷载公路-I级。

2014年桥梁检测时，该桥整体桥梁技术状况等级评为3类，主桥上部结构箱梁技术状况评分为4类。病害为：箱梁顶板存在较多的纵向裂缝，底板跨中附近存在纵向裂缝，混凝土存在空洞且开裂严重。

2015年桥梁检测时，该桥左右幅技术状况等级均评定为3类，其中主桥上部结构状况较差，技术状况等级评定为4类，荷载试验结果主跨校验系数>1，结构刚度不满足要求，实际承载能力无法满足公路-I级设计荷载的要求。主要病害情况为：箱梁腹板竖向裂缝、底板横向裂缝，腹板斜向裂缝，底板和顶板纵向裂缝，底板空鼓等。与2014年检测相比原有病害没有明显变化，但是新发现底板横向裂缝。

2016年桥梁检测时，左右幅主桥技术状况等级评定为3类，左右幅引桥技术状况等级评定为3类，但是主桥及引桥上部结构主要承重构件技术状况等级均为4类。主要病害情况为：箱梁腹板竖向裂缝、底板横向裂缝，腹板斜向裂缝，底板和顶板纵向裂缝，底板崩裂等。与2015年检测相比裂缝宽度和长度均有所发展，顶底板的纵向裂缝相对增加较多。

根据2015年和2016年桥梁定期检测报告，结合桥梁实际情况并依据现行标准规范，采取切实可行、经济合理的维修处治措施，修复受损构件，改善结构耐久性能，使其满足使用功能要求。主要措施为对主桥腹板进行增大截面，步置体内预应力钢束加固。

3 检测方案

现场静载试验选取主桥第10跨、11跨。根据本桥的结构特点及[文献1]中的规定，结合计算分析选取以下工况进行静载试验，如图1所示，为各测试截面应变测点布置示意图。①工况一：第10跨最大正弯矩偏载测试(A截面)；②工况二：第10跨最大正弯矩中载测试(A截面)；③工况三：第10号墩顶负弯矩偏载测试(B截面)；④工况四：第10号墩顶负弯矩中载测试(B截面)；⑤工况五：第11跨跨中最大正弯矩偏载测试(C截面)；⑥工况六：第11跨跨中最大正弯矩中载测试(C截面)。

图1 各测试截面应变测点布置示意图(单位：cm)

4 协同受力结果与分析

1)工况一试验荷载布置(单位：με)。①A1A2/A7A8测点，箱外1.2，箱内1.0，箱内占箱外83.3%；②A3A4、A9A10测点，箱外10.1，箱内8.9，箱内占箱外88.1%；③A5A6、A11A12测点，箱外23.3，箱内19.8，箱内占箱外85.0%；④A23A24、A25A26测点，箱外0.8，箱内0.7，箱内占箱外87.5%；⑤A21A22、A27A28测点，箱外8.5，箱内7.5，箱内占箱外88.2%；⑥A19A20、A29A30测点，箱外19.0，箱内17.4，箱内占箱外91.6%。

2)工况二试验荷载布置(单位：με)。①A1A2、A7A8测点，箱外0.8，箱内0.7，箱内占箱外87.5%；②A3A4、A9A10测点，箱外9.3，箱内8.3，箱内占箱外89.2%；③A5A6、A11A12测点，箱外20.6，箱内18.6，箱内占箱外90.3%；④A23A24、A25A26测点，箱外0.8，箱内0.7，箱内占箱外87.5%；⑤A21A22、A27A28测点，箱外8.5，箱内7.9，箱内占箱外92.9%；⑥A19A20、A29A30测点，箱外19.8，箱内18.0，箱内占箱外90.9%。

3)工况三试验荷载布置(单位：με)。①B1B2、B9B10测点，箱外19.8，箱内18.9，箱内占箱外95.5%；②B3B4、B11B12测点，箱外6.6，箱内6.1，箱内占箱外92.4%；③B5B6、B13B14测点，箱外-5.9，箱内-4.9，箱内占箱外83.1%；④B7B8、B15B16测点，箱外-17.1，箱内-16.4，箱内占箱外95.9%；⑤B26B27、B28B29测点，箱外17.1，箱内16.1，箱内占箱外94.2%；⑥B24B25、B30B31测点，箱外5.8，箱内5.5，箱内占箱外94.8%；⑦B22B23、B32B33测点，箱外-5.1，箱内-4.3，箱内占箱外84.3%；⑧B20B21、B34B35测点，箱外-15.9，箱内-14.9，箱内占箱外93.7%。

4)工况四试验荷载布置(单位：με)。①B1B2、B9B10测点，箱外17.9，箱内16.7，箱内占箱外93.3%；②B3B4、B11B12测点，箱外5.8，箱内5.6，箱内占箱外96.6%；③B5B6、B13B14测点，箱外-5.1，箱内-4.4，箱内占箱外86.3%；④B7B8、B15B16测点，箱外-15.9，箱内-14.9，箱内占箱外93.7%；⑤B26B27、B28B29测点，箱外17.9，箱内16.7，箱内占箱外93.3%；⑥B24B25、B30B31测点，箱外6.2，箱内5.8，箱内占箱外93.5%；⑦B22B23、B32B33测点，箱外-5.4，箱内-5.0，箱内占箱外92.6%；⑧B20B21、B34B35测点，箱外-16.3，箱内-15.5，箱内占箱外95.1%。

5)工况五试验荷载布置(单位：με)。①C1C2、C7C8测点，箱外-12.4，箱内-11.2，箱内占箱外90.3%；②C3C4、C9C10测点，箱外18.6，箱内17.9，箱内占箱外96.2%；③C5C6、C11C12测点，箱外50.9，箱内47.0，箱内占箱外92.3%；④C23C24、C25C26测点，箱外-9.3，箱内-8.4，箱内占箱外90.3；⑤C21C22、C27C28测点，箱外15.5，箱内14.0，箱内占箱外90.3%；⑥C19C20、C29C30测点，箱外41.2，箱内37.0，箱内占箱外89.8%。

6)工况六试验荷载布置(单位：με)。①C1C2、C7C8测点，箱外-11.7，箱内-10.2，箱内占箱外87.2%；②C3C4、C9C10测点，箱外17.5，箱内16.1，箱内占箱外92.0%；③C5C6、C11C12测点，箱外47.0，箱内42.7，箱内占箱外90.9%；④C23C24、C25C26测点，箱外-9.7，箱内-9.1，箱内占箱外93.8；⑤C21C22、C27C28测点，箱外17.9，箱内16.5，箱内占箱外92.2%；⑥C19C20、C29C30测点，箱外43.9，箱内40.9，箱内占箱外93.2%。

5 静载试验结果与分析

校验系数即指某一测点的实测值与相应理论计算值的比值。在同一荷载作用下应满足η<1，代表桥梁实际状况要好于理论状况[2]。由表1可以看出，测试截面应变、挠度校验系数<1，均满足要求。

实测残余变形或应变与实测总变形或应变的比值越小结构越接近弹性工作状态，一般要求≤0.20。由表2可以看出，主要控制测点应变和挠度相对残余值均<0.2，满足规范要求，结构弹性恢复能力较强。

表1 校验系数评定 单位：με/mm

表2 残余值评定 单位：με/mm

6 结 论

本特大桥在控制荷载作用下，试验跨控制构件呈线弹性工作状态，主要测点应变、挠度校验系数<1，相对残余变形≤0.2。各个截面的增大截面处、箱内及箱外测点应变实测平均值，在各测试工况下均已达到或超过原构件测点应变实测平均值的80%，甚至个别工况达到90%以上，表明各个截面的增大截面与原结构协同受力基本良好。

通过本次试验表明，此种体内预应力对于大跨径刚构桥的加固方法，虽然在一定程度上增加了一部分桥梁自重，改变了一些原结构的内力分布，但在加固效果方面实测校检系数有所降低，已满足规范要求，基本实现了承载能力的提高，同时增加了桥梁运营的安全性，并且新增部分混凝土与原结构协同受力方面也基本良好。

7 结束语

综上所述，体内预应力加固+增大截面方式，是提高大跨径连续刚构桥承载能力、保障旧桥安全运营的稳固、可靠的选择。本次研究可为今后类似工程提供借鉴。

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