某变截面连续箱梁性能评估与养护实践

童浩

（苏宁沪高速公路股份有限公司，江苏 南京 210049）

1 桥梁现状

某 桥 主 桥 为 跨 径44.3+70.0+44.3m的单箱单室变截面预应力混凝土连续梁桥。截面采用纵、横、竖三向预应力的单箱单室截面，梁高、底板厚度、腹板厚度均以二次抛物线的线形从主墩处向跨中变化。其横截面示意图如图1 所示。梁高由4.3m 变至2.1m、腹板厚度由0.6m 变至0.4m、底板厚度由0.45m 变至0.25m，大桥竣工通车多年后，检查发现的主要病害如下：

图1 某大桥计算截面置示意

1.1 主桥在1/4 跨至跨中处腹板斜裂缝数量较多；

1.2 箱梁顶底板存在纵向与横向裂缝，纵向裂缝呈发展趋势；

1.3 主桥跨中下挠27mm。

2 性能评估

2.1 原设计验算

采用MIDAS 建立了梁单元模型进行原设计验算，主梁离散为49 个单元，50 个节点。计算求得该桥原设计弯矩抗力值为弯矩效应值的1.349～1.453 倍，满足原设计荷载使用要求。主拉应力、正应力与最大挠度均小于规范限值要求，该桥抗剪承载力在L/4 处附近和3L/4 处附近不能满足要求。主要控制截面验算结果如表1、和表2 所示。

表1 截面应力验算结果

表2 斜截面抗剪承载能力验算结果

2.2 现状验算

根据检测报告结果，箱梁腹板斜裂缝分布较为集中而且数量较多，分布在跨中L/4～3L/4 范围内。分析其病害原因主要是由于该节段内梁高较小、腹板厚度不足，当竖向预应力与纵向预应力损失达到一定水平时，有效预应力减小，造成该区域内的主拉应力增大，加之旧桥纵向预应力未设置腹板下弯束，将进一步增大主拉应力的存在。

结合现场裂缝产生的区域主要集中在L/4～3L/4 范围内的实际情况，该区域正的特点是梁高较小，腹板较薄而反力较大，该处主拉应力易由竖向预应力的损失而造成此处拉应力较大。为分析竖向预应力与纵向预应力的损失情况与现场病害的关联情况。本次考虑对竖向预应力与纵向预应力进行定量折减，来对该桥进行现场分析。本次按竖向预应力不计入，纵向预应力按0%、5%、10%、15%、20%五种损伤情况进行模拟，五种损伤情况温度梯度参照2018 新规范加温度梯度考虑，将五种模拟结果与原设计进行对比，其结果比较如表3。

表3 考虑损失全桥关键点应力变化

与该桥实际情况对比分析得出，在损伤情况c的工况下，中跨跨中底板的拉应力为2.3MPa，中跨L/4～3L/4的拉应力2.9MPa，可认为损伤情况c 符合该桥底板未出现横向裂缝但存在腹板斜向裂缝的病害情况，而在损伤情况d的工况下，两处的拉应力分别为2.9MPa与3.7MPa，可认为损伤情况d 符合该桥目前腹板斜向裂缝与底板横向裂缝的分布情况，且维持在该损失水平，根据原设计验算与现状验算结果，对该桥性能评估如下：

（1）该桥原设计部分截面抗剪承载能力不足，安全系数＜1。

（2）根据工况模拟与病害对应情况，该桥目前纵向预应力损失约为15%。

3 养护实践

根据病害及验算结果，该桥预应力损失及腹板厚度较薄是病害产生的两个主要原因，加固方案因考虑恢复预应力损失同时增加腹板强度，限制已有的裂缝的发展，本次采用的加固方案为：考虑腹板存在开裂情况，在箱梁腹板内采用12mm的钢筋以30cm×30cm的梅花形布置植筋，浇筑20cm 厚C55 自密实自流平加固料来增加腹板强度；采用张拉体外束的方式，补充原桥所损失的预应力以减小截面的应力水平。单束规格采用12-фj15.2，一个断面布置三束，预应力钢束与转向器等构造的摩阻系数μ=0.14，钢绞线的强度为1860MPa，弹模为1.95×105MPa，锚固端张拉应力为0.6fpk=1116Mpa。

为分析该桥加固方式的有效性，加固后对该桥进行相关荷载试验，以不同工况作用下的实测应力与理论应力的对比来验证加固效果，应力对比结果如表4。

表4 加固后截面应力比对表

由表中数据可以看出，应力校验系数处于0.61～0.71 之间，满足现行荷载试验规程要求，加固后的实测平均应力最大值为1.86Mpa，对比2.2 节中现状验算的结果，加固后桥梁的损伤情况可认为由损伤情况d 恢复到损伤情况b。

加固后主桥的挠度测试值与计算值对比如表5。

表5 试验挠度测试值与计算值对比表

由表5 中数据可以看出，加固后主桥挠度校验系数处于0.70～0.81 之间，相对残余度处于3.70%～8.30%之间。表明该桥整体刚度较大，受力状况良好。

加固后斜截面抗剪承载力计算公式采用《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）规范验算公式，截面抗剪承载能力验算见表6。

表6 加固后斜截面抗剪承载能力验算结果

对比上表中结果可知，加固后各控制截面的抗剪承载能力提高了1.28～1.34 倍，表明腹板增大截面的加固方式能有效的提高该桥的抗剪承载能力。

4 结论

4.1 变截面连续箱梁其性能评估时应根据实际情况考虑竖向预应力与纵向预应力折减。

4.2 本加固实例表面腹板增大截面技术可以有效的提高斜截面抗剪承载能力，体外预应力加固技术可明显改善桥梁应力状况，一定程度改善下挠现象，对变截面连续箱梁加固效果好，可为同类工程提供参考。