摘 要 该桥位于上杭县城，横跨汀江，于1994年建成通车，由于温度变化、预应力扭矩和恒载扭矩的影响，特别是近几年来交通量和车辆载重的增加，使得该桥的主体结构以及盖梁出现了大量的裂缝，并且出现了梁体向外翻转以及支座脱空等现象，因此加固已势在必行。本文主要对该桥的病害原因进行了详细分析，并对该桥的加固措施进行了探讨。

关键词 预应力弯箱梁 裂缝 加固

1 工程概况

该桥建成于1994年，为预应力曲线箱梁，桥中心线半径为103.75m，桥全宽9.5m，箱宽4.5m，跨径组合为35+35+30m，全长100m，梁高1.65m，两个中间墩为直径D=1.6m独柱, 基础为两桩承台，柱顶设多向活动球形支座，墩柱高13m；箱梁两端设牛腿，由三个板式橡胶支座支承于隐盖梁上。板式橡胶支座型号为0.6×0.35×0.056 m。两外侧支座中心距离3.4m，隐盖梁宽度为2.3m，支承中线距盖梁中心0.85m，距盖梁边0.30m（参见图1）。

预应力混凝土箱梁配24束7－7Φ5 Rby=1860MPa高强低松弛钢绞线。

（a） 立面示意图

（b） 平面示意图

图1 总体布置图

图1 总体布置图

2破损情况及原因分析

2.1破损情况

（1）梁体向外偏转、支座脱空。

1998年8月中墩防震挡块开始偏移，2000年3月加焊闭合钢板箍，6月发现加焊的闭合钢板箍焊缝处开裂，由此可见，此梁的位移及翻转正在缓慢发展。

2000年9月底发现该桥两端支点内侧支座脱空，脱空高度1.2cm左右，中间墩处梁体向圆心外侧爬行5cm左右，并伴有明显转动，坡度有0.6％左右，发现分段墩外侧支座附近隐形盖梁端部存在数条裂缝，最宽达1.1mm。其形状为梁端支座处混凝土发生劈裂，板式橡胶支座剪切、挤压变形严重。

（2）梁体开裂。

2000年10月初，发现箱梁底板有较多的横向裂缝，部分裂缝沿腹板延伸至悬臂板根部，再向桥宽方向延伸达到1米左右长度，裂缝宽度为0.1~0.28mm。

（3）盖梁开裂。

盖梁上也存在大量的裂缝，最大裂缝宽度达5mm左右。

2.2原因分析

调查认为，该桥破损总体原因是由于对预应力曲线梁桥的受力特性及支承约束条件认识不足，计算手段不完备所造成的。具体分析如下：

（1）没有足够的扭转和平面内线位移约束。

中间支点根本没有扭转约束，而仅靠两个边支点的恒载压力产生扭转约束。而这种约束被各种荷载扭矩在内侧支座产生的负反力消除或减弱，使桥梁在扭转方向形成不稳定的结构体系，因此结构承担扭矩的能力大大降低。

（2）忽略了预应力扭矩的存在。

预应力曲线桥预加力径向分力使梁产生扭矩，在梁端内侧支座产生负反力，外侧支座产生较大的偏载。而预应力竖向反力产生的扭矩由于内外梁肋配束相同，基本上是自身平衡的。

（3）温度变化产生的爬行效应。

由于温差曲线梁要产生径向和切向位移，而扭转约束和平面线位移约束不够，升温时向外侧的线位移在降温时不能完全恢复，形成向外侧线位移逐渐积累，使梁体产生不利的向外偏心，造成恒载扭矩加大，使梁体逐渐向外侧翻转的恶性循环，当翻转角度达到一定值时，梁体自重产生下滑力，使梁体坠落。www.tmgc8.com

（4）忽略了恒载扭矩。

由于该桥曲线半径较大（>100m），忽视了在中间墩柱设置偏心，以减少桥两端恒载扭矩作用，造成内外侧支座反力相差很大（约3倍），外侧支座过大超载。

如上所述，盖梁裂缝等现象均源于上述原因造成的外侧支座过大偏载引起的，与此同时分段墩盖梁较薄、较宽，支座偏心产生的盖梁横向弯矩较大，而横向配筋除箍筋外没有通长的承受横向弯矩的钢筋，这也是盖梁裂缝的主要原因之一。

（5）长期在超负荷状况下工作是造成桥梁的部分主梁过早出现裂缝的主要原因。

该桥是按汽—超20级，挂—120荷载标准设计的，该桥的预应力配筋束，在原设计标准下梁的应力状态基本满足规范要求，没留余地。由于该地区属重要交通枢纽，交通流量增长很快，特别是重型载重车及集装箱车很多，超载情况严重。长期在超负荷状况下工作造成部分主梁过早出现裂缝，同时也加剧了上述盖梁的裂缝开展。

3加固设计

根据该桥的破坏情况及原因分析，初步确定采用以下加固方案：

3.1上部结构的加固

经检测发现，该桥梁体的箱梁底板出现了大量的裂缝，梁体裂缝基本上属于由超载所引起的受力裂缝，且数量较多，部分底板已裂通；针对此现状，经复核验算，采用以下加固处理方案：

（1）对已出现的裂缝采用环氧化学压力灌浆法进行加固处理。

（2）剔除箱梁底板上已出现风化或劣化部位的混凝土并用高强聚合物砂浆进行修补。

（3）对经过计算，发现其受力不能满足应力要求处在箱梁底面及侧面采用粘贴碳纤维布的方式进行受弯及受剪加固。

（4）对牛腿节点采用多层粘贴碳纤维布的方式进行加固。

与其余加固方法相比，碳纤维加固具有强度高，占用施工时间少的特点，且在不改变梁体外观的前提下，既可以封闭裂缝，又能提高承载力和有效的避免梁体裂缝的继续开展，因此选用碳纤维对箱梁进行加固，以封闭裂缝，提高强度。经计算，采用该方法使得该桥的承载能力提高了5%（见表1）。

表1 加固后箱梁的抗弯承载力提高幅度

加固前跨中截面最大抗力

加固后跨中截面最大抗力

提高幅度

58515

61518 kN•m

5%

与粘钢加固等传统方法相比，碳纤维加固具有许多突出的特点及优越性，如表2所示。

表2 碳纤维加固与粘钢加固方法的比较

 

序号

项 目

粘钢加固等传统加固方法

粘贴碳纤维加固

1

对原结构自重、断面等的影响

影响较大，结构自重增大，截面尺寸增大，净空减小

不增加结构自重和截面尺寸，为布状片材，每平米重量约300g, 每层厚度仅0.167mm, 而强度为钢的10倍

2

施工工艺

施工工序较繁琐，有湿作业，需相关的机械设备，需占用较大场地、空间

施工便捷，手工操作，无需大型机具，没有湿作业，施工工效高

3

耐久性

外加钢结构易发生锈蚀，需定期维护

耐酸碱盐及大气环境的腐蚀，基本不须后期维护

4

工期

较长

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