某座预应力连续箱梁腹板抗剪加固方案对比

张宗爱

（辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁 沈阳110002）

1 概述

该桥建于1995 年9 月。主桥桥跨组合为80m+100m+80m预应力连续箱梁。桥面为净0.55m(防撞墙)+10.75m(行车道)+0.55m(防撞墙)，总宽11.85m。主桥箱梁采用单箱单室三向预应力混凝土连续结构。设计荷载等级为汽-超20 级，挂-120。

2 箱梁腹板主要病害

该桥主桥连续箱梁两边孔腹板支点附近箱梁腹板斜裂缝较多(见图1)，根据详细检测结果显示，两边孔斜裂缝共计97条，最大宽度达到0.6mm；裂缝开展高度30～80cm，裂缝间距30～80cm，斜裂缝在腹板箱内、外侧均存在，已贯通箱梁腹板，箱内侧裂缝宽度与外侧裂缝宽度相近，个别比外侧裂缝稍宽。

图1

3 病害原因分析

该桥上部结构连续箱梁两边孔0～L/4 间腹板有较严重的斜裂缝，宽度多数已超过规范限值，斜裂缝在箱内、外侧均存在，且已贯通箱梁腹板，腹板斜裂缝缝宽0.7mm，高度发展至顶板根部。

经检算分析，边跨箱梁距边支点附近截面最大抗剪尺寸不满足要求，斜截面承载能力不满足要求；中跨箱梁距中支点附近截面最大抗剪尺寸不满足要求，斜截面承载能力不满足要求。

正应力——边跨距边支点28m 处截面下缘应力-2.1MPa，中跨跨中10m 范围内的截面下缘应力，仅为0.4MPa 左右。偏小。

主应力——边跨边支点附近截面最大主拉应力达到3.6MPa，中跨四分点附近主拉应力1.5MPa。

箱梁部分腹板截面尺寸偏小，斜截面承载能力不满足要求，以及由于竖向预应力损失、温度与结构空间效应考虑不足引起的截面主拉应力偏大，是箱梁腹板产生大量斜裂缝的主要原因。

4 腹板抗剪加固方案对比

针对以上病害情况，采用常用的腹板抗剪加固方法分析对比如下：

4.1 粘贴碳纤维加固法

以边跨边支点为例，根据箱梁腹板斜裂缝检测及分析结果，确定粘贴碳纤维条的数量，在箱梁0～L/4 间及中支点附近腹板外侧进行粘贴加固：

图2

采用粘贴碳纤维加固法对箱梁腹板承载能力不足的区域进行加固处理。

以控制截面腹板厚度400mm 边支点腹板附近（NO·1）及中支点附近腹板（NO·2）截面为例，需后加补强碳纤维（300kN 左右），三层碳纤维布，层厚0.167mm，间距为400mm，宽度200mm，对箱梁腹板进行抗剪加固，对比如下：

表1 加固前后抗剪承载力对比

通过上表计算数据分析可知，在腹板斜裂缝开展区域性粘贴碳纤维条进行抗剪加固，受力特点，只承担活载内力，其应变严重“滞后”于原梁钢筋。原梁变形限制其强度发挥，斜截面抗剪加固区段箱梁的变形相对较小，依附其上的后加补强碳纤维条应力（应变）很小，在极限状态下，后加补强碳纤维条的应力仅为碳纤维抗拉强度标准值的21.2～24.2%，抗剪承载能力提高幅度非常有限，结构破坏形态表现为原腹板钢筋首先达到屈服强度，抗剪破坏与原腹板的配筋率有关，加固时考虑分阶段受力的影响是非常必要的。

由于受原箱梁斜截面抗剪加固区段变形小，严重浪费高强复合碳纤维条的高抗拉性能。

4.2 粘贴钢板加固法

以边跨为例，根据箱梁腹板斜裂缝检测及分析结果，确定粘贴钢板条的数量，在箱梁0～L/4 间及中支点附近腹板外侧进行粘贴加固，并植螺杆锚固，钢板与原腹板混凝土的共同作用：

图3

采用粘贴钢板加固法对箱梁腹板承载能力不足的区域进行加固处理。

以控制截面腹板厚度400mm 边支点腹板附近（NO·1）及中支点附近腹板（NO·2） 截面为例，需粘贴2mm 厚，间距300mm，100mm 钢板抗剪加固，对比如下：

表2 加固前后抗剪承载力对比

通过上表计算数据分析可知，在腹板斜裂缝开展区域性粘贴钢板条进行抗剪加固，斜截面抗剪加固区段箱梁的变形相对较小，依附其上的后加补强钢板条应力（应变）很小，抗剪承载能力提高幅度非常有限，与小梁试验结果基本吻合，效果略好于粘贴碳纤维条加固，但是结构破坏形态仍表现为原腹板钢筋首先达到屈服强度，抗剪破坏与原腹板的配筋率有关，加固时考虑分阶段受力的影响是非常必要的。

由于受原箱梁斜截面抗剪加固区段变形小，一定浪费钢板的抗拉性能。

4.3 增大截面加固法

边跨为例，根据箱梁腹板斜裂缝检测及分析结果，可以采用增大截面法对箱梁腹板进行加固维修，以使腹板截面尺寸满足规范要求，同时可提高斜截面抗剪承载能力，增大腹板刚度，宽箱效应减弱，直接有效的限制裂缝的发展。

桥梁加固构件斜截面抗剪承载力计算公式是以剪压破坏形态的受力特征为基础建立的。为此，构件的截面尺寸应满足下列要求：

图4

以控制截面腹板厚度400mm 边支点腹板附近(NO·1)及中支点附近腹板（NO·2）截面为例，边支点外包25cm 混凝土，中支点外包20cm 混凝土，对比如表3 所示。

通过表3 计算数据分析可知，箱梁腹板采用增大截面法进行抗剪加固，首先可以使腹板截面尺寸满足规范要求，既保证了加固后的构件破坏是剪压破坏，与小梁试验结论吻合；同时能够有效的提高腹板抗剪承载能力，宽箱效应减弱，结构刚度有所增加，但是增大腹板截面，使结构自重效应增大了5.8%左右，对结构受力有一定的不利影响，这种方法改变不了原有应力状态，另外组合截面受收缩、徐变等影响容易开裂，为此需要布置一定数量的抗收缩钢筋，增加造价。

表3 加固前后抗剪承载力对比

5 结论

箱梁腹板抗剪加固，需对目前加固方法研究，再根据具体桥梁病害发展程度，结合结构分析、病害评定，还要结合施工条件、加固目的，使用荷载等级要求等给出具有针对性的方案，力求高效、合理、经济、适用。

表4 腹板加固方案对比分析表