桥梁加固设计浅析

摘要：桥梁在路网中起到枢纽作用，当桥梁使用一定时间后，往往由于设计的局限或施工的欠缺等原因，使其难以适应日益繁重的交通量，而且随着运输设备的快速发展和车轮负载的不断增长，使桥梁常常处于超负荷运行的状态，从而出现各种病害。本文通过分析某大桥出现病害原因的分析，确定重点加固的部位，通过预应力主动加固改善桥梁使用状况，取得的良好的加固效果。

关键词：病害；预应力技术；主动加固

Abstract: Bridges play a pivotal role in the road network, when the bridge after a certain time, often due to design limitations or lack of construction, making it difficult to adapt to the increasingly heavy traffic, and with the rapid development of transport equipment andthe wheel load growing the bridge are often in a state of overload operation, and thus give rise to a variety of diseases. In this paper, through the analysis of a Bridge disease cause analysis, identify key reinforcement parts, through the prestressed reinforcement initiative to improve the bridge use, made ​​good reinforcement effect.

Keywords: diseases; prestressed technology; initiative reinforcement

中图分类号： [TU997]文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

一、概述

近年来，我国桥梁建设事业的飞速发展，桥梁结构的使用荷载日益增大，大批既有桥梁结构也进入了老化期，数量庞大的老化期桥梁不可能全部拆除新建，因此桥梁检测与加固也越发显得格外重要。

桥梁结构随着使用时间的延续，受结构设计和施工的不当、使用条件变化及环境侵蚀等因素的影响，都会使结构受到不同程度的损伤，造成桥梁病害，使结构性能退化，使用功能逐步降低乃至完全丧失。产生病害的主要因素如下：

1、设计考虑不周造成桥梁结构原始性缺陷，如结构型式不合理；断面及钢筋布置不合理；对一些特殊结构如收缩徐变、温度、水化热及基础变位等因素考虑不足。

2、施工质量问题导致桥梁结构损伤，如原材料质量不合格、混凝土浇筑不密实、混凝土浇筑顺序不当、预应力钢束张拉控制不当、预应力孔道灌浆不饱满、脱模时间控制不当、混凝土接头位置设置不合理等。

3、交通超载造成桥梁损伤。桥梁的超载一方面可能引发疲劳问题，超载会使桥梁疲劳应力幅度加大、损伤加剧，甚至会出现一些超载引发的结构破坏事故。在解决汽车超载问题的同时，一些已受到严重影响的桥梁的加固问题也迫在眉睫。

桥梁在使用过程中材料的退化，产生桥梁病害，如混凝土的碳化及钢筋的锈蚀。

桥梁加固的主要目的是恢复桥梁的使用功能、提高承载力、增强安全耐久性。桥梁加固就是通过一些有效的措施，使受损桥梁结构恢复其原有的技术功能，以满足新的承载条件和使用功能的要求。加固方案是加固设计的核心内容，加固方案确定的主要内容是根据旧桥的主要病害，在解决原桥病害的基础上保持原桥的稳定性和建筑的美观性。

二、桥梁概况及主要病害

本项目桥跨越多股铁路，有主桥和南、北引桥组成。设计荷载为汽-20，挂车-100。主桥上部结构采用65.94+100+65.94m三孔变截面预应力混凝土连续箱梁，桥梁上部结构采用三向预应力混凝土结构。横断面采用单箱单室断面，顶板宽度为12.5m，底板宽度为6.9m，翼缘板宽度为2.8m。箱梁中支点处梁高5.5m，跨中及合拢段梁高为2.3m。经现场检测，主桥主要存在以下病害：

1、桥面铺装及伸缩缝：主桥多处桥面铺装损坏严重，存在开裂、破损等病害；桥梁伸缩缝存在局部破损、缺失等现象；桥面防撞墙存在开裂、破损露筋及锈蚀等病害。

2、箱梁外表面开裂：主桥混凝土箱梁开裂现象严重，检测结果表明西幅桥主桥第3跨箱梁腹板处有两条沿腹板向上约45度方向的斜裂缝。裂缝情况参见下图：

3、箱梁内表面开裂：2009年和2010年外观检测时发现主桥箱梁内部存在大量裂缝，箱梁内部的裂缝存在以下特点：

①各跨箱梁腹板和顶底板均有裂缝。

②箱梁腹板裂缝主要为斜向裂缝，越靠近跨中倾斜角度越小，在跨中4m范围内为竖向裂缝；箱梁顶板裂缝为顺桥向裂缝，箱梁顶板裂缝主要集中在各幅桥箱梁中心线附近。

③除东幅桥跨中少数裂缝有渗水现象外，其它各裂缝尚未发现渗水现象。

通过现场检测，在试验荷载作用下主桥箱梁剪应力校验系数在0.79～0.86之间、跨中断面及墩顶附近箱梁断面的应力校验系数在0.64～0.90之间、主桥挠度校验系数在0.84～0.97之间，表明大成桥主桥抗剪强度、抗弯强度和结构刚度满足设计荷载要求。但主桥部分测点的挠度校验系数超过了0.90，表明主桥箱梁抗弯刚度富余量不多，建议尽快进行修补加固。通过对原桥的计算复核，印证了上述的试验结果，本桥目前虽然按限载15T进行运营，但实际上长期有大量超载重型车辆过桥，使本桥的工作性能进一步恶化。

三、桥梁加固方案

根据上述病害，本桥的加固目标是提高桥梁的抗弯和抗剪承载力，提高结构刚度；改善箱梁腹板的主拉应力状况，避免开裂情况进一步开展；增大箱梁的最小压应力储备，增大安全储备。桥梁结构自重很大，而且一般均为带载加固，原构件自重及先期恒载产生的内力由原构件承担，活载及后加恒载产生的内力由加固后的组合截面承担，加固设计计算必须考虑加固前后分阶段受力的特点，因此应在满足加固目标的条件下，尽可能减少加固荷载。

目前桥梁加固的方法很多，如增大截面法、粘贴高强复合纤维法、预应力加固法、改变结构体系加固法等，单纯的增大截面会增大加固荷载，降低加固效果。本桥刚度加固为主，强度加固为辅，采用粘贴高强复合纤维加固，对结构的刚度提高不大。预应力加固技术施工方便，经济可靠，能有效地提高现有桥梁的承载力，改善结构使用性能，是一种主动加固的有效方法。针对本桥实际情况，经反复论证采用适当增大截面提高结构刚度，结合预应力主动加固的设计方案。

经过多次模拟分析，确定预应力钢束配置方案。为提高结构刚度，抑制运营阶段腹板裂缝的发展，在箱梁腹板内侧浇筑25cm厚C50微膨胀混凝土，同时在中跨和边跨的每道后浇混凝土中设置2束22φs15.2mm的高强度低松弛镀锌钢绞线，通过合理布置钢束线形，提高正截面抗弯和斜截面抗剪能力。所有腹板钢束采用钻孔方式通过主墩横梁，并交叉锚固在主墩横梁的两侧斜锚块上。

为改善底板的受力状态，在底板上增设体外预应力。体外预应力加固是通过增设体外预应力索(包括钢绞线、高强钢丝束和精扎螺纹钢筋) 对既有混凝土构件主动施加外力，以改善原结构的受力状况的加固方法。本桥在中跨箱梁底板顶面设置10束22φs15.2mm的高强度低松弛镀锌钢绞线；边跨箱梁底板顶面设置2束22φs15.2mm的高强度低松弛镀锌钢绞线，体外预应力束沿底板顶面平行设置，锚固于混凝土齿板上。通过在底板顶面设置体外钢束，可以在不大幅度增加恒载的基础上，达到改善桥梁受力状态的效果。

四、结语

1、本桥通过加固改造后，经近2年的运营，使用状况良好，未见新的病害，说明通过适当增加加固荷载提高结构刚度，配合预应力主动加固的设计方案，对本桥的病害是完全合适的。

2、桥梁加固必须考虑分阶段受力特点，加固计算中应充分模拟分阶段受力对构件计算结果的影响。

3、加固前应尽可能卸载，通过预应力加固的方法，主动调整桥梁的受力状态，提高结构的承载能力和使用性能。

4、体外预应力加固的方法在恒载增加很少的情况下，能够较大的提高承重结构的刚度和抗裂性能，且对墩台基础受力的影响较小，能够取得较好的加固效果，但需要注意体外索要具有可更换性和很好的防腐性；与有粘结预应力束比较，体外束的预应力损失要小，设计时应对体外束的有效应力进行很好的控制，避免钢束处于长期的高应力工作状态。

参考文献：

[1] 张树仁. 从被动加固到主动加固的思考

[2] 公路桥梁加固设计规范