预应力溷凝土连续箱梁的检测及维修加固设计

预应力混凝土连续箱梁的检测及维修加固设计操太林（安徽省高速公路总公司试验检测中心）摘 要：本文通过对合宁高速公路某预应力混凝土连续梁的外观检测及荷载试验，发现该桥的主要病害，针对该桥存在的问题，有的放矢的采取维修加固方案，为同类桥的病害处理积累经验。 关键词：预应力混凝土连续箱梁 检测 加固 维修1 概述该大桥的主桥为45m+75m+45m预应力混凝土变高度直腹板连续箱梁，左右两幅分离，横向全宽26m。箱梁在边墩和中跨跨中位置的梁高为2.0m，在中墩处的梁高为4.2m，之间为渐变段；箱梁横截面为单箱单室，箱梁顶板宽12.5m，底板宽7.5m；箱梁腹板等厚度为0.4m，顶板等厚度为0.25m，箱梁底板变厚度，即边墩和中跨跨中位置厚0.3m，中墩处厚0.45m。箱梁体为三向预应力体系。桥梁的设计荷载为汽车超20、挂车-120。主桥的立面图和箱梁的横截面图分别见图1-1和图1-2。图1-1 主梁立面布置图图1-2 箱梁的横截面图2 桥梁检测 安徽省高速公路总公司试验检测中心2004年初对该桥进行了质量检测与荷载试验。2.1外观检查情况2.1.1 箱梁中跨存在明显下挠；2.1.2 边跨L/4 附近、中跨L/43L/4区段箱梁腹板斜向开裂；中跨跨中附近箱梁底板横向开裂，部分裂缝以延伸发展为腹板竖向裂缝；裂缝的分布示意图如图1-3、1-4所示。图1-3 边跨右幅箱梁的裂缝示意图图1-4 箱梁中跨裂缝示意图2.1.3 部分箱梁节段施工接缝结合不良或开裂；2.1.4 内侧腹板伴有严重的渗水现象，局部有漏筋现象；2.2 荷载试验结论试验加载测试截面如图1-5所示。图1-5 试验加载测试截面布置示意图2.2.1在试验荷载作用下，预应力混凝土连续箱梁的变形观测结果与计算值之间比较以校验系数表达，对于当前加载截面或主要控制截面分别为0.94（A截面加载）、0.99（B截面加载）和1.15（C截面加载）。其中校验系数1.15是不符合技术规定要求校验系数的，同时，和0.99实际上已接近技术规定的界限值，说明中跨和边跨（合肥方向）的箱梁刚度较差。2.2.2在试验荷载的作用下，预应力混凝土连续箱梁加载截面的混凝土应变校验系数最大值（A截面），0.59（B截面）和1.03（C截面），其中边跨跨中截面（C截面）不满足技术规定要求，中跨跨中截面（A截面）最大校验系数已接近界限值。根据荷载试验测试的混凝土应变沿箱梁高度变化整理的结果，箱梁两腹板上实测的混凝土应变在对称加载和偏心加载作用时的分布是有规律的，但是，对于中跨跨中截面（A截面）和合肥方向边跨跨中截面（C截面），实测混凝土应变沿箱梁高度的变化与计算值相差较大，均为拉应变，这说明在试验荷载的作用下，截面的中性轴与理论计算的中性轴位置相差较大，即截面实际中性轴至少已在受压翼板之上，而理论计算的中性轴在腹板中。因而，A截面和C截面的正截面承载能力实际上不足。试验观察表明，在试验荷载的作用下，中跨跨中的底板裂缝宽度仍有发展。综上所述，该桥预应力混凝土连续箱梁在正弯矩作用区段（中跨跨中截面，合肥方向边跨跨中截面）的承载能力及刚度是不符合要求的。建议主管部门在加固日常观测的同时，尽快对该桥预应力混凝土采取技术措施处理。3、维修加固设计3.1 腹板加固维修腹板裂缝多为斜向主拉裂缝，开裂发生的部位在L/4跨左右范围内，考虑到预应力损失、超载等诸多因素，腹板加固维修方案如下：3.1.1 首先对腹板混凝土宽度大于0.1mm的裂缝进行灌浆封闭处理，对宽度小于0.1mm的裂缝进行表口封闭处理。3.1.2 箱内腹板粘贴钢板，箱外粘贴碳纤维进行加固补强。具体考虑如下：a) 粘贴钢板和碳纤维来增强箱梁斜截面抗剪强度，是目前箱梁腹板补强常用的、也是实践证明较为有效的方法。b) 腹板箱内表面粘贴钢板条的分布间距、数量、宽度、和厚度，按其承受活载和温度产生的主拉应力来确定。根据以往的加固经验，箱梁腹板粘贴钢条后，在箱内梗腋处会产生新的裂缝，因此梗腋与腹板一并进行粘贴钢板条补强。c) 考虑到桥梁加固的美观，在箱外主拉应力区粘贴碳纤维片，来抑制斜裂缝的开展，按照其承受活载和温度引起的主拉应力来确定碳纤维片的用量。3.2 箱梁底板跨中附近横向开裂的加固方案对箱梁底板跨中附近横向开裂，采用在底板箱内表面粘贴热轧扁钢板带、箱外表面粘贴碳纤维片材，结合施加体外预应力的方法综合加固补强。3.2.1 在边跨梁段L/4、中跨3L/4范围内，底板箱内表面粘贴热轧扁钢板带、箱外表面粘贴碳纤维片材。3.2.2 体外预应力加固结合各跨跨中截面下缘正应力补强，根据计算，考虑钢束布置形式，在四分点附近设置不弯起锚固15-7型、1860MPa的无粘结预应力纲绞线。曾对弯起钢束布置方式和不弯起布置方式进行计算分析，计算表明弯起钢束布置对减少梁腹板主拉应力不明显，其原因是为了保证千斤顶张拉工作空间，其锚固位置较低，影响了弯起钢束限制主拉应力的作用。另外设置弯起钢束，要设置横隔板，箱内空间限制，施工难度大。因此设置体外预应力主要是提高跨中下缘压应力。为了减少由于施加体外预应力导致的局部应力集中，新增设体外预应力束拟采用小吨位分散锚固形式。3.3施工接缝加固维修对结合不良或开裂施工接缝