钢筋混凝土空心板梁桥加固维修效果分析

苑林栋

（唐县交通运输局公路站，河北 唐县 072350）

0 引言

现役钢筋混凝土空心板梁桥大多为老旧桥梁，因其运营时间较长，大多出现了不同程度的病害。为降低工程造价及不中断交通，通常采取一些加固维修措施，对桥梁病害进行修补。因此，对桥梁加固维修设计效果的验证显得十分必要[1]。本文以某钢筋混凝土空心板梁小桥为研究背景，结合桥梁具体病害特点，提出了加固维修设计方法，最后通过荷载试验对加固维修效果进行验证。

1 工程概况

某钢筋混凝土空心板简支梁桥，桥梁总长14.0m，跨径组合：1×13m。桥面总宽为7.5m，桥面横向布置为：0.25m（栏杆）+7.0m（机动车道）+0.25m（栏杆）。该桥主要结构材料：上部结构钢筋混凝土空心板梁混凝土强度等级为C40。下部结构桥台台帽、桥墩盖梁混凝土强度等级为C30。其设计荷载为：汽车-超20 级，挂车-120。因该桥自修建至今，使用年限较长，桥梁损伤情况较为严重。2019 年3 月，委托桥梁检测机构对其进行全面检测，桥梁主要病害为：桥面混凝土破损严重、伸缩缝破损、铰缝砂浆脱落，存在单板受力、梁底渗水、泛白、梁底大量横向裂缝。最终评定为四类桥梁，需要进行大修或改造，同时采取必要的交通管制措施。该桥全景图如图1所示。

图1 桥梁全景图

2 加固维修处理措施

2.1 采用钢纤维桥面铺装

采用C40 钢纤维混凝土重新进行桥面铺装。铺装层采用Ф12mm 规格的钢筋网，间距10cm×10cm。为使钢筋网安装定位准确，浇筑混凝土时钢筋网不下沉，预先将钢筋网主要支撑部位焊接支撑钢筋，保证每平方米钢筋网上有足够的支撑钢筋[2]。

2.2 更换原破损的伸缩缝

更换伸缩缝主要步骤为：开挖预留槽口→清理预留槽口→植埋钢筋→安装伸缩装置→混凝土拌和→浇筑混凝土→养生→上橡胶条→修整边缘→开放交通。

2.3 铰缝病害维修处理

对铰缝砂浆脱落处采用M50 环氧砂浆材料进行补强。当铰缝病害严重时，可先植入钢筋，然后浇筑C30膨胀型混凝土，同时在铰缝内填入楔形钢板[3]。

2.4 梁底渗水、泛白处理

先对梁底渗水、泛白处进行打磨，直至露出新鲜的混凝土。然后清理新鲜混凝土表面，最后采用树脂型轻质砂浆或聚合物砂浆进行修补。

2.5 梁底破损及裂缝修补处理

对梁底破损部位进行剔凿、清除，然后用环氧砂浆进行修补；对裂缝位置处，当裂缝宽度小于0.2mm时，可采用环氧树脂进行涂抹封闭表面，当大于0.2mm时，可用混凝土裂缝胶进行灌缝封缝处置[4]。

2.6 采用纵、横向预应力碳纤维板对梁底进行加固

采用纵、横向预应力碳纤维板对梁底进行加固不仅能够增大梁底的横向联系，而且可以有效处理空心板梁的单板受力问题。纵向预应力碳纤维板能够较好地起到封闭梁底横向裂缝的作用，同时可以阻止裂缝的进一步发展[5]。本桥采用纵、横向预应力碳纤维板加固时，每片空心板梁纵向设置一根碳纤维板，横向设置6 根碳纤维板。预应力碳纤维板加固对主梁的破坏较小，加固后的桥梁不会影响桥梁的定期检测。采用预应力碳纤维板加固的桥梁不会影响桥梁的再次加固，大幅降低了桥梁养护维修的造价[6]。

3 加固效果分析

为检验本桥的加固维修效果，验证加固维修后是否达到预期效果，对该钢筋混凝土空心板梁小桥进行静力荷载试验。通过静载试验，可验证桥梁加固维修效果是否达到设计要求、了解加固后的桥梁实际受力工作状态等[7]。本次桥梁静载试验主要测试各跨跨中截面的挠度及应变，观察空心板梁裂缝的发展趋势与分布规律等。

3.1 加载工况

本次桥梁静载试验加载采用2 台40t重的4 轴货车进行加载，根据桥梁加固设计理论的需要，桥梁荷载试验采用以下两种工况进行。

（1）工况一（偏心加载工况）

本工况为偏心加载以跨中截面为加载控制截面，加载时分三级进行逐级加载，测试加载前后各主梁挠度及应变测点的数值变化，同时观察主梁裂缝的发展变化情况。工况一加载布置图如图2所示。

图2 工况1加载车辆布置横断面示意图 （单位：m）

（2）工况二（对称加载工况）

本工况为对称加载以桥梁跨中截面作为加载控制截面，该工况在加载时分两级进行逐级加载，测试加载前后主梁各挠度及应变测点数值变化，并观察主梁裂缝发展变化情况。工况二加载布置图如图3所示。

图3 工况2加载车辆布置横断面示意图 （单位：m）

3.2 测点布置

在横向跨中位置每片空心板梁底各布设1 个应变片进行应变数据的测试，同时在跨中位置每片空心板梁底各布设1 个挠度测点来测试桥梁挠度的数值变化[8]。应变及挠度测点布设如图4～5所示。

图4 跨中截面挠度布置图

图5 跨中截面应变布置图

3.3 挠度测试结果分析

由表1、表2 和图6、图7 可知，该钢筋混凝土空心板梁桥加固后，在各试验工况荷载作用下，各主梁挠度变化呈线性变化规律，各板之间的挠度差值明显减小，不存在单板受力情况。说明钢筋混凝土空心板梁桥采用纵、横向预应力碳纤维板对梁底进行加固后，横向联系得到加强，各板受力较为均匀，极大地提高了桥梁的承载能力。各挠度测点挠度校验系数在0.02～0.25 范围内，主梁的残余变形均在20%以内，说明结构承载能力及刚度均满足设计要求，达到了加固后的设计要求。

图6 工况1各测点实测挠度与理论计算值对比图

表2 工况2 各测点实测挠度与理论计算值对比表

图7 工况2各测点实测挠度与理论计算值对比图

3.4 应变测试分析

工况1 各测点实测应变与理论计算值对比见表3、图8。

表3 工况1各测点实测应变与理论计算值对比表

图8 工况1各测点实测应变与理论计算值对比图

工况2 各测点实测应变与理论计算值对比见表4、图9。

表4 工况2各测点实测应变与理论计算值对比表

图9 工况2各测点实测应变与理论计算值对比图

由表3、表4 和图8、图9 可知，在工况一、工况二试验荷载下，控制截面各测点的实测应变变化规律均与理论计算值变化趋势相同，且各测点应变变化较为均匀。各实测应变值均小于理论计算值，表明钢筋混凝土空心板梁桥采用纵、横向预应力碳纤维板对梁底加固效果较好，达到了加固设计要求。

3.5 裂缝观测

本次试验在各工况加载过程中对空心板梁进行了裂缝观测，在各工况加载前后空心板梁均未出现新的裂缝。表明梁底纵横向预应力碳纤维板加固可有效抑制梁底裂缝的产生和发展，满足加固设计要求。

4 结语

本文以某钢筋混凝土空心板梁小桥加固维修设计为研究背景，通过桥梁静载试验对加固维修后的效果进行检验。研究结果表明：在各试验荷载工况下，各测点实测挠度值均小于理论挠度计算值，且实测挠度变化规律与理论挠度变化规律接近；各测点实测应变值均小于理论应变计算值，且实测应变变化规律与理论应变变化规律接近。均表明钢筋混凝土空心板梁桥采用纵、横向预应力碳纤维板加固，可极大地提高桥梁的承载能力，增大空心板梁之间的横向联系。最终证实了本次加固维修设计的效果，可为同类桥梁加固设计提供参考。