苏州工业园区青秋浦大桥主桥质量检测与维修加固

苏州工业园区青秋浦大桥主桥质量检测与维修加固汪红书1，张小江2，熊海涛2，逯志国2（1.中新苏州工业园区市政物业管理有限公司，江苏苏州215028；

2.交通部公路科学研究院，北京100088）摘要：本文介绍了青秋浦大桥主桥历次质量检查结果及维修加固措施，以针对性质量检测结果为基础，通过建立平面和空间有限元计算模型，分析病害原因，并提出维修加固方案建议，并对桥梁质量检测及承载能力评定方法提出建议，为同类型桥梁提供参考。关键词：连续箱梁；病害分析；荷载试验；维修加固0概述青秋浦大桥建于1998年，位于苏州市唯亭乡点两侧四分之一跨范围内，腹板内侧增大截面双圩村与胜浦乡陈村交界处，跨越青秋浦河及唯胜10cm边支点10m范围内腹板粘贴钢板条；全桥公路，是园区现代大道上的一座重要桥梁。主桥采箱内顶板，箱外底板、翼缘板和腹板均粘贴碳纤维用40m+56m+56m+40n四跨变截面预应力混凝土连续箱梁，上部结构采用单箱双室截面5，0号混凝土。分南北两幅，单幅桥面宽1.2m箱梁中支点处梁高2.8m中跨跨中及边跨梁端高.4n。顶板宽度21.2m两侧悬臂外挑.6m箱底宽14.0m原设计顶板厚30〜40cm腹板厚30〜40cm底板厚30〜50cm顶板和腹板厚度均为直线变化，底板按布；重新铺设桥面铺装更换伸缩缝等。图2主桥北幅第8跨底板裂缝分布图1.8次抛物线变化。主墩墩顶设5m厚的横隔板，边墩墩顶设0.8m厚的横隔板，跨中无横隔板。主桥总体布置如图1。接东引桥图3主桥北幅第10跨底板裂缝分布图图4主桥北幅第7跨腹板裂缝分布图1主要病害及维护情况（1）2005年主要检测结果介绍检查发现该桥边跨箱梁底面纵横向裂缝较多，腹板外侧存在较多竖向和斜向裂缝，裂缝最宽达到0.34mm裂缝深度达到123mm裂缝之间存在着图5主桥南幅第8跨腹板裂缝分布图相当数量的网状微小裂缝部分施工节段处横向裂3）2008年7月主要检测结果介绍缝贯穿板底如图2、3所示。北幅第7跨腹板南侧2008年7月桥梁普查时发现该桥腹板内表面有竖向裂缝12条如图4所示；南幅第8跨腹板北出现327条竖向裂缝主要分布在中墩墩顶两侧侧（分隔带侧）有7条斜向裂缝如5所示。10m范围内加厚混凝土表面，缝宽为0.05m〜（2）2006年维修加固情况介绍针对2005年检测病害，2006年对该桥主桥进0.1mm通过钻芯取样检测发现裂缝深度达mm且新老混凝土之间结合不紧密。行了维修加固，主要措施有裂缝封闭或灌浆；中支2针对性检测情况值稍小，结构的整体刚度较理论状态稍差。控制截面计算值（mm）实测值（mm2针对性检测情况值稍小，结构的整体刚度较理论状态稍差。控制截面计算值（mm）实测值（mm）校验系数中载南侧10.707.570.71第7跨北侧10.707.740.72跨中偏载南侧12.288.950.73北侧8.206.920.84中载南侧14.2712.680.89第8跨北侧14.2712.120.85跨中偏载南侧18.3213.710.75北侧12.299.740.79表2最大弯矩荷载作用下底板截面应变一览表控制截面计算值（jis）实测值（is）校验系数中载南侧45400.89第7跨北侧38290.76跨中偏载南侧42330.79北侧42310.74中载南侧43370.86第8跨北侧43350.81跨中偏载南侧48390.81北侧37290.78表3最大剪力荷载作用下第一主应力应变一览表控制截面计算值（is）实测值（is）校验系数7号墩支点边腹板27411.52（偏载）中腹板6122.008号墩支点边腹板28622.21（偏载）中腹板15432.87表1最大弯矩荷载作用下箱梁挠度一览表维布或打磨处均未发现新裂缝。取芯检查发现底板（1）原结构复算钢绞线附近纵向裂缝处的混凝土未出现分层情况，在历次检测结果的基础上，采用平面有限元程纵缝深约2cm。超声回弹综合法和钻芯法检测混凝土强度均高于50号混凝土标号。2）静载试验结果：根据南幅第7跨和第8跨试验结果，跨中截面实测挠度校验系数介于〜0.89之间，如表1所示，应变校验系数在0.74~0.89序对2006年加固后的桥跨结构进行验算考，虑了腹板增大截面、粘贴钢板等维修加固措施，考虑了箱内建筑垃圾的影响、裂缝对结构的削弱等影响。验算结果如下：1）承载能力极限状态下，各控制截面的抗弯之间，如表2所示，试验后位移和应变残余变形较能力满足要求；小，表明箱梁的刚度和强度均满足要求。但墩顶附2）承载能力极限状态下，各中墩支点截面处近截面最大剪力荷载作用下，第一主应力的校验系抗剪能力不足，截面尺寸不足；数在1.52~2.87之间，如表3所示，远大于《大跨径混凝土桥梁的试验方法》［0.7，1.05］的限值，表明支点抗剪能力不足试。验中腹板裂缝宽度有所增加，试验后恢复到初始状态。3）动载试验结果：该桥计算第一阶固有频率为1.541，实测值为1.497实测固有频率比理论计算3）组合工况下,各墩墩顶和中跨跨中附近复板）局部区域最大主拉应力为2.44MPa~3.35MPa>0.8Rb=2.4MPa不满足规范要求。l（2）空间有限元分析为了进一步分析箱梁开裂原因，建立主桥空间有限元计算模型进行分析：荷载组雏用下，边针对该桥在普查过程中出现的裂缝等病害，2008年10月对该桥进行了有针对性的检测，以评,价该桥病害程度及承载能力状况。（1）检测内容 '箱梁典型裂缝宽度及深度检测、底板混凝土分层检测、混凝土强度检测、静动载试验等。（2） 检测方法1）箱内底板：底板凹凸不平，并且建筑垃圾较多，对照2005年检测时发现的箱外底板裂缝位置对应的箱内底板处，采取打磨机局部打磨后进行检查； '2） 箱内顶板：箱内顶板粘贴有碳纤维布，裂.缝难以检测对，照2005年检测时发现的箱内顶板裂缝位置，掀开部分碳纤维布后，采取打磨机局部抒磨后进行检查；3） 箱外底板：对照2005年检测时发现的箱外底板裂缝位置，掀开部分碳纤维布后，局部打磨后进行检查；4） 底板纵向裂缝处混凝土分层检测：掀开部分碳纤维布后，采用敲击和超声波检测，同时钻取小芯样进行检测，芯样直径为38mm取样深度-10cm5） 混凝土强度：超声回弹综合法及钻芯法；-6） 动载试验（脉动试验）：测试桥跨结构的-动力特性指标，固有频率和阻尼比；7） 静载试验：南幅第7跨和第8跨最大正弯矩测试，墩顶最大负弯矩及剪力测试，以检验桥梁结构的强度、刚度等指标是否满足要求。 -（3）检测结果1）箱内顶板、箱外底板、箱内底板掀开碳纤3结构计算

跨跨中底板主拉应力最大为5MPa跨跨中底板主拉应力最大为5MPa大于50号混凝土设计抗拉强度.45MPa次边跨腹板跨中、/3和2L/3截面最大主拉应力均大于45MPa该计算结果与主桥裂缝调查结果基本一致。4病害原因分析（1）检测、荷载试验及理论计算结果表明，面部分作为钢筋混凝土结构使用，出现某些非受力裂缝是容许的。方案三：箱内增设钢腹板从检测及计算结果可以看出，箱梁腹板出现了较多竖向裂缝，腹板不满足构造尺寸要求，为了提高箱梁腹板抗剪强度在，箱梁内部增设两道钢腹板。该方案不但能解决支点附近箱梁抗剪强度不足的问箱梁腹板尺寸偏小、截面高度不够致使墩顶附近抗题，同时也能解决腹板局部应力超限的问题。但跨剪承载能力不足；墩顶附近和跨中区域腹板的主拉中附近箱内操作空间小，施工难度较大。应力超限是箱梁腹板出现竖向和斜向裂缝的主要原因。7结束语因。2）按设计计算各截面极限抗弯能力满足要 桥梁作为公路的重要组成部分，直接关系着行求，底板主拉应力未超限，底板的少量横向裂缝与车的安全与畅通，以及公众的人身安全。如何准确满堂支架现浇施工有关。 “号脉”桥梁就显得格外重要。（3）箱梁底部短小纵向裂缝，是由于底板钢 桥梁的实际承载能力是会随着时间变化的，材筋混凝土保护层偏薄，在纵向预应力作用下，底板料劣化、疲劳、环境干湿交替等等会导致其承载能产生的横向张力以及宽体箱梁较大的偏载效应、横力降低。适当的维护、补强则可使其承载能力增加，向扭转和畸变效应共同作用引起的。 桥梁的承载能力可以根据结构状况进行估算。而结构状况的相关参数指标的准确获取是关键，这就要5检测及计算结论 求质量检测环节要有针对性，把握桥梁病害的主要通过检测及承载能力评估，跨中截面的抗弯承矛盾，找准病害产生原因。载能力满足设计要求；支点附近的抵抗负弯矩承载目前，随着我国桥梁建设的进程，越来越多的能力满足设计要求在；2006年加固后，支点附近截在役桥梁出现了不同程度的病害，桥梁检测任务繁面抗剪尺寸仍然不够，其抗剪承载能力仍不能满足重，时间紧迫，桥梁安全至关重要。加上各个桥梁要求。静荷载试验结果、桥梁的病害特征、及理论检测单位技术力量参差不齐，现场检测技术人员的分析计算结果是一致的、相互印证的。动载试验表能力、经验、责任心等也不尽相同，为准确诊断桥明主桥的整体刚度略偏低，这与静荷载试验作用下梁质量埋下了一定的隐患。挠度偏大也是一致的。 加固后的桥梁比未加固的桥梁检测难度大，特别是通过粘贴碳纤维布加固后，对箱梁的刚度和结6维修加固方案建议 构的承载能力贡献甚微，更重要的是箱内外新增裂主桥为三向预应力体系，预应力构造较复杂，缝等病害被掩盖，而且出现问题后不能及时发现，腹板也出现了较多的病害，加固维修主要针对支点病害原因分析复杂，检测结果与以前的检查病害结附近箱梁截面尺寸不满足要求，抗剪强度不满足要果很难对应，增加了桥梁检测的难度，病害结果难求进行，同时兼顾腹板病害。提出以下三种加固维以判断。这就更加需要有丰富经验的检测人员来承修方案，推荐采用方案二。担检测任务。方案一：降低使用等级，局部加固 结构物在既定荷载条件下的承载能力，并非是降低使用等级，即将原有全预应力结构降低到其所有构件局部承载能力的总和，一个结构会有一B类预应力构件进行使用。加固措施为：在抗弯满个或多个关键性的构件，许多检测人员重视对“最足要求的前提下，采用粘贴钢板条并增大腹板截面弱环节”质量的把握，但容易忽略桥梁的整体质量。尺寸的方法提高梁体的抗剪承载能力，对腹板降低桥梁是靠整体工作的整，体质量的把握也同等重要。要求使用，作为B类预应力构件限制其裂缝宽度。对在役病害桥梁诊断，只有把握住了桥梁整体质量方案二：加大截面并增设体外预应力加固和薄弱环节等重要构件的个体质量找、准病害原因，按该桥原设计要求，按照全预应力构件进行加才能为后续的维修加固设计提供有价值的参考，否固。先凿除2006年的加厚10cm海混凝土后，米取 则加固设计不能做到对症下药，加固效果也就无先粘贴钢板、再加大腹板截面。如箱内施工比较困从谈起。难，可以米取在箱外加大腹板截面尺寸。条件许可桥梁承载能力评定不能单单通过外观质量检时，也可以打开箱梁顶板从桥面上直接浇筑混凝土，查或特殊质量检测就对桥梁的承载力、安全性等方并可以考虑米用自密实混凝土。加固应明确加大截面匆匆下结论，这样易被一些表象所迷惑。也不能单纯的凭借室内的理论计算分析、有限元计算结果就对桥梁的承载能力下结论，这样往往会由于材料或参数的取值有偏差，而得出错误的结论。正确的方法是现场的质量检测与理论计算分析有机结合，通过质量检测结果、荷载试验结果对理论计算参数或计算模型进行修正二，者的分析结果应相互对应，才能找准病害的原因。使维修加固针对性强，避免无目的盲目加固，避免在短时间内出现二次维修加固或多次维修加固。值得一提的是，加固施工质量是保证桥梁加固效果的关键环节应，委托具有专业资质的单位承担，并采用监理制加强施工质量的管理确，保加固质量，以避免出现该桥新旧混凝土之间结合不密实的质量