解析空心预制板桥梁病害原因及加固设计

摘 要 ：桥梁病害有其特殊性，常用加固方法不一定适用于所有的桥梁加固。针对某桥梁的病害，分析了其产生的原因。在此基础上结合现有的桥梁加固方法提出了一种适合该桥梁的加固方法，并给出了该加固方法的加固机理。计算结果表明所提出的加固方法是可行的。

关键词：空心预制板桥梁；桥梁加固；套箍镶嵌

中图分类号：TV223.2+2 文献标识码：A 文章编号：

近20年来，我国新建桥梁越来越多，桥梁基数越来越大，桥梁出现的问题也随之增加，桥梁加固的研究也越来越受重视。随着桥梁加固技术不断进步，桥梁加固技术的种类不断增加。但是由于桥梁病害原因的多样化，桥梁病害具有特定化、个性化等特点，现有的常用加固方法并不一定对所有的桥梁加固都是理想的加固方法，对于某些特定的桥梁不能起到很好的加固作用。因此，桥梁加固必须具体问题具体分析针对具体桥梁特点，提出具体的合适的加固方法。本文针对某空心预制板桥梁病害特点，对其加固方法进行了详细的分析研究。

1桥梁病害原因分析

1.1概况

某桥桥跨布置为3×20m+3×40m+4×20m共4联的先简支后结构连续的预应力混凝土空心板，桥长325.6m，正交，下构为双柱式墩，肋板式台，钻孔桩基础。其中3×40m（第3联）因跨铁路由铁道部门独立设计和施工。桥梁结构和横幅示意图见图1。.

图1 桥梁结构和横幅示意图(单位:cm)

1.2桥梁病害原因

在预制过程中,由于施工单位所订购的锚垫板尺寸部分偏大(尺寸为17.5cm×17.5cm)，加之施工单位施工作业队钢筋绑扎不规范，致使梁板连续端端头负弯矩受力筋与锚垫板位置发生冲突，负弯矩受力筋摆放位置与图纸不符，在施工过程中，有一半的负弯矩受力筋放在了箍筋外侧，致使梁板连续端端头负弯矩受力筋的握裹力受到损失较大。原设计为所有负弯矩受力筋均放在箍筋内侧。

在先简支后结构连续桥梁中，墩顶现浇连续负弯矩段所承担的负弯矩和剪力是最大的。为弄清现有预制空心板板端负弯矩受力筋的实际握裹力大小，随机抽出6块空心板分别进行箍筋内、外侧负弯矩受力筋握裹力的抗拔试验。从最后的检测报告可知，箍筋外侧负弯矩受力筋在达到80kN的设计抗拔力下负弯矩钢筋及混凝土结合处没有任何变形和裂缝产生箍筋内侧负弯矩受力筋在达到的设计抗拔力下，负弯矩钢筋和混凝土结合处有新裂缝产生，原有裂缝缝宽有加大现象。这说明箍筋外侧的负弯矩受力筋的握裹力损失较大。

因施工原因，空心板板端负弯矩受力筋的握裹力受到一定程度的损失，使20m空心板弯矩受力区强度和耐久性受到影响，为保证空心板的强度和耐久性不低于原有设计标准，需要对现有预制空心板进行补强设计。

2加固方法与设计

在掌握20m空心板的结构现状的基础上，结合结构分析验算，本着安全可靠、方便施工、经济合理的原则，提出预应力的套箍镶嵌补强措施。

首先，为增强板端腹板的受弯能力，可将现浇段混凝土沿空心板空腔向内延伸，穿过80cm的平滑段，到内腔膨大部分纵向30cm形成一个楔子一样的套箍镶嵌体。同时，当楔形体混凝土自然干燥时还会产生收缩作用，楔形体的反八字墙会与其两侧腹板紧紧咬合，将现浇连续段与空心板板端紧紧扣在一起，起着类似螺母作用。形成板端和现浇连续段整体受力的良好局面，不仅抵抗很大部分剪力，还能产生很好的抗弯效果。这样空心板板端不足的负弯矩由楔形体与两侧腹板紧紧咬合作用提供。由于套箍镶嵌体的存在，增加了空心板空腔内壁保护层的厚度及空心板腹板内壁混凝土与钢筋的握裹力，可防止内侧负弯钢筋受力出现侧崩现象，提高了负弯矩区强度的安全储备。

为防止楔形体对空心板顶板的翘顶作用，可将空心板空腔顶贴一层1cm厚塑料泡沫。空心板跨中允许正常挠度值1.5cm，极限挠度值3.3cm，按直线内插，在极限挠度情况下，楔形体最外端与板顶距离1-3.3×（1.1+0.3）/10≈0.5cm；同时，考虑到楔形体混凝土收缩和重力作用，楔形体最外端与板顶间空隙会远大于0.5cm，所以楔形体不会对空心板顶板形成翘顶作用。楔形体构造见图2。

图2楔形体构造图(单位：cm )

考虑到空腔顶贴膜和混凝土收缩,竖向仅考虑65cm受压高度(实际空腔高70cm)；查设计文件，C50混凝土受 压设计强度22.4MPa，可得出楔形体提供最大弯矩为（22.4+0）×106/2×0.3×0.65×（0.65×2/3）×2×0.85=1608kN·m。经过桥梁博士软件试算，在达到公路I级设计荷载情况下，桥梁仅需230 kN·m负弯矩即可满足设计条件,而补强措施提供的1068 kN·m的弯矩能极大地满足设计要求,并且具备较多的安全储备。

空心板板端经上述补强后，经计算，其结构抗剪力满足设计要求，但现浇连续段墩顶的裂缝还是有些超标，说明墩顶的结构还不能满足抵抗负弯矩要求。

在墩顶纵向2.8m范围内施加预应力直径32mm的冷拉IV级精轧螺纹钢筋(中板2排,边板3排每个锚固端控制张拉力150kN左右), 以抵抗桥梁施工、运营阶段所产生的裂缝。

墩顶施加预应力后，经计算，现浇连续段墩顶的裂缝满足设计要求，同时为增强预制空心板板端与现浇连续段的整体受力性能，建议在第3排和第4排（其他位置受锚具干扰）负弯矩受力钢筋下增加2排横向直径32mm精轧螺纹粗钢筋，这样不仅增强预制空心板板端与现浇连续段的整体受力性能，也增强现浇连续段的横向刚度，对提供预制空心板板端抗剪能力也起一个有利的“扁担”作用。

经过计算分析表明：①对于承载能力极限状态下，加固后的负弯矩值为1120kN·m，大于设计要求的970kN·m，因此使用套箍镶嵌加固的弯矩满足设计的要求；②对于正常使用极限状态下，使用套箍镶嵌加固后的空心板现浇段上缘裂缝宽度为0.02mm，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）要求的0.2mm。

上述结果表明，通过预应力的套箍镶嵌加固后，在承载能力极限状态下，加固后的弯矩得到了很大程度的提高，满足了设计要求。在正常使用极限状态下，现浇连续段的裂缝得到了很好的控制，满足原设计要求。经过补强后，空心板现浇段抗弯、抗剪能力得到了很大的改善，且具有较好的安全储备，使得桥梁能够满足以后的行车需要。

3结语

桥梁病害产生的原因多种多样，每一种桥梁病害都有其特殊性，需要根据具体桥梁病害的特点，结合现有的桥梁加固方法，提出适合具体桥梁的加固方法。本文针对某空心预制板桥梁病害特征，提出了一种桥梁加固的套箍镶嵌法，结果表明，该加固方法的加固效果理想，对今后类似桥梁的加固有一定的借鉴意义。