某立交桥裂缝分析及加固设计

胡丽妹HU Li-mei

（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广州510060）

0 引言

桥梁结构由于结构失效或损伤，经评估不能满足结构安全或正常使用要求时，必须进行加固。加固设计的内容及范围，应根据评估结论和委托方提出的要求确定，可以包括整体桥梁，也可以是指定的区段或特定的构件。建立既有桥梁维修、加固、重建的分析模型，选择加固方案，以保证改造后的桥梁能安全运营[2]。本文以某立交桥的加固设计为背景，对旧桥承载能力进行复核验算，分析裂缝原因，并给出加固设计方案。

1 工程概况

芳村大道东立交桥为双向六车道高架桥，道路等级为城市主干路。该桥设计荷载：城-A 级，竣工时间2009 年6月2 日。

桥梁总长为619m，上部结构由左右两幅组成，每幅桥均由3 联连续梁组成，其中主桥为预应力混凝土连续箱梁，引桥为普通钢筋混凝土连续箱梁，跨径组合为：（6×24）m+（38+54+38）m+（6×24）m。桥面采用沥青混凝土铺装，宽度为24.5m；下部结构为板式墩、直壁式现浇钢筋砼桥台、钻孔灌注桩基础。

根据荷载试验，该桥结构在试验荷载作用下，挠度和应变测点结果超出规范要求范围，且产生了超过规范要求裂缝宽度限值的裂缝。该桥结构强度、刚度及抗裂性不满足城市-A 级设计荷载标准要求。（图1、图2）

图1 右幅第1 跨腹板竖裂

图2 左幅第1 跨腹板裂缝

2 现状桥梁承载力复核

根据检测报告，桥梁结构病害主要集中在（6×24）m 现浇普通钢筋混凝土连续箱梁上，因此对（6×24）m 现浇普通钢筋混凝土连续箱梁进行复核验算，复核验算采用当时设计采用的规范。（图3）

图3 （6×24）m 现浇普通钢筋砼连续箱梁横断面（mm）

箱梁复核采用Midas Civil 2019 程序，采用平面杆系单元。模型简图如图4。

图4 Midas Civil 计算简图

通过计算，（6×24）m 现浇普通钢筋混凝土连续箱梁验算结果如表1、表2。

表1 正截面抗弯承载力及最大裂缝宽度验算

表2 斜截面抗剪承载力验算

通过表1、表2 可以得出，（6×24）m 现浇普通钢筋混凝土连续箱梁能够满足设计时所采用的规范要求。在中支点位置，截面顶板上缘裂缝宽度接近限值0.2mm，考虑施工误差，出现病害的可能性很大。

3 维修加固方案

3.1 病害原因分析

根据检测报告，现状（6×24）m 现浇普通钢筋混凝土连续箱梁的裂缝形态及分布为：腹板在L/4~3L/4 范围内出现大量竖斜向裂缝，大部分裂缝均延伸至底板，少量延伸至翼缘板。由于跨中腹板出现裂缝，且只延伸至底板，底板未出现贯通横向裂缝，裂缝形态与受弯型裂缝不一致。故采用ANSYS 实体有限元针对腹板竖向裂缝，边跨跨中的应力采用顺桥向应力，其中ANSYS 为Z 向应力，同时与初等梁理论计算结果对比，并对主梁跨中按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）的要求，依据检测资料，进行承载能力评定。

3.1.1 边跨跨中应力分析

ANSYS 的应力较初等梁稍大，主要是箱梁剪力滞的原因。在ANSYS 计算结果中，边跨跨中的顺桥向应力从底板至腹板逐渐减小。按照应力分布图，如边跨跨中出现裂缝，裂缝应首先出现在底板区域（各腹板处的底板位置），然后往腹板方向发展。而现状桥的裂缝分布为边腹板出现大量竖向裂缝，并延伸至底板，但中腹板处底板未见裂缝。由此可见现状桥的实际裂缝形态并不是恒载+活载产生的受力型裂缝。

3.1.2 桥梁承载能力评定

由于现状（6×24）m 现浇普通钢筋混凝土连续箱梁已出现病害，箱梁在L/4~3L/4 范围腹板、底板出现裂缝，按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）的要求，依据检测资料，对引桥主梁跨中进行承载能力评定。

通过表3 可以得出，按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）的要求，对现状（6×24）m 现浇普通钢筋混凝土连续箱梁跨中进行计算评定，在公路—I 级荷载作用下，跨中均能满足承载力要求。

表3 抗弯承载力及最大裂缝宽度验算（考虑桥梁开裂）

图5 加固工程平面分布图

图6 腹板粘贴钢板立面图

图7 腹板粘贴钢板断面图

3.2 总体加固方案

根据3.1 节病害原因分析，（6×24）m 现浇普通钢筋混凝土连续箱梁跨中腹板裂缝形态并不是恒载+活载产生的受力型裂缝，并且跨中的承载能力评定也满足承载力要求。但24m 跨普通钢筋混凝土连续箱梁腹板普遍存在大量裂缝，并且多数裂缝已超限，因此对腹板裂缝首先进行裂缝封闭，再对腹板进行粘贴钢板加固防止裂缝进一步开展。

粘贴钢板加固法是以树脂粘结或者锚栓将钢板与混凝土结合共同受力的加固法，其施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业，对生产和生活影响小，且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响。

粘贴钢板法能直观地提高结构构件的承载能力，施工技术操作简单便捷，施工工艺成熟，工程质量容易得到保证，所需费用较经济，加固效果明显。因此，上部结构采用粘贴钢板方案。

为了提高桥梁结构的抗弯能力，一般在构件的受拉缘的表面粘贴钢板，使钢板与原结构形成整体来受力，此时以钢板与混凝土粘结处的混凝土局部抗剪切强度控制设计。合理与安全的设计应控制在钢板发生屈服变形前，粘结处混凝土不出现剪切破坏。

对混凝土裂缝宽度＞0.15mm 的裂缝采用压力灌注法修补。对于混凝土构件上的裂缝，可用钢丝刷或砂轮等工具，清除裂缝表面的灰尘、浮渣及松散层等污物，然后用高压细水流冲洗裂缝内部，用棉丝沾丙酮把沿裂缝两侧20～30mm 处擦洗干净，再用干燥的热风或压缩空气吹干并保持干燥。

4 结论

本文以某立交桥的加固设计为背景，首先介绍了该桥的病害情况，对桥梁进行承载能力复核，然后分析病害原因，给出了具体加固方案。本文的加固设计方法可为同类型问题提供有益的参考。