某大跨径变截面连续箱梁桥病害分析与处治

KANCHAYUCEL I ANG

㊀«工程与建设»㊀２０１９年第３３卷第２期

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㊀收稿日期:２０１９Ｇ０２Ｇ２２;修改日期:２０１９Ｇ０３Ｇ２２

作者简介:杨㊀松(１９８８－)

,男,安徽淮南人,工程师．某大跨径变截面连续箱梁桥病害分析与处治

杨㊀松,㊀魏㊀民,㊀刘伏成

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽合肥㊀２３００８８

)摘㊀要:变截面连续箱梁桥具有跨越能力大㊁造价经济,且其采用的悬臂浇筑施工技术比较成熟,对于跨越河流具有极高的优势,但其通车运营后,普遍出现跨中下挠,底板出现裂缝等病害,国内外虽进行了大量研究,但一直都没有得到很好的解决.文章对某变截面连续箱梁的病害进行针对性分析,提出有效加固处治措施,可供同类桥参考.关键词:连续箱梁;跨中下挠;维修加固

中图分类号:U ４４５．７＋１㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０１９)０２Ｇ０２５３Ｇ０３

１㊀桥梁现状

某变截面连续箱梁桥,跨径为９０m＋１６２m＋９０m ,

主桥为单箱单室变截面连续箱梁,桥宽２０m ,主梁下缘曲线采用１．５次抛

物线,支点梁高９．０m ,跨中３．２m ,主桥箱梁采用挂篮悬臂浇筑.该桥于２００６年建成通车,２０１８年检测出现以下病害.

(１

)主桥箱梁局部破损㊁露筋;(２

)主桥箱梁底板裂缝.其中,主要是中跨箱梁底部有多条裂缝,绝大部分在跨中合拢段附近,为横桥向裂缝,裂缝均未超过０．２m m ;(３

)主桥桥面护栏及路面线形不平顺,箱梁中跨跨中达到３１．２c m .

２㊀原结构验算

采用有限元软件建立平面杆系模型进行分析,通过分析发

现主桥结构强度满足规范要求,但富余度不大;在荷载频遇效应组合下,主梁正截面拉应力出现在边跨倒数第２个悬浇段的上缘以及中支点,最大为０．５３M P a ,主桥跨中截面下缘压应力为－１．７２M P a ;主梁主拉应力最大值出现在主跨１/４L 附近,最大值为０．５６M P a

.主梁正截面和斜截面抗裂满足要求.３㊀结构病害分析

(１

)混凝土收缩㊁徐变因素的影响.在理论收缩㊁徐变计算参数下,不同计算龄期对本桥混凝土主拉应力及正应力的影响

见表１.

表１㊀收缩徐变的理论影响(应力以拉为正㊁以压为负)

收缩徐变计算龄期主拉应力/M P a 跨中截面底缘正应力/M P a

恒载跨中挠度/c m ３６５０天０．５４－１．７５－６．１４０１５天０．４８－１．７３－６．２４３８０天

０．４０

－１．７２

－６．３

㊀㊀该桥２００６年建成通车,至今约有１２年时间,

收缩㊁徐变从上表的理论计算结果可以看出,建成通车运营至今,收缩㊁徐变对箱梁主拉应力增加有较明显的影响,对正应力及下挠影响较小,实际上收缩㊁徐变是离散性比较大的参数,根据类似桥梁的研究结果:徐变终极值增大１．２倍时,１０年后的长期下挠达到修正前的１．５倍;当增大１．８倍时,长期下挠达到４．３５倍.另外,在梁体开裂后,结构应力重分布使得顶底板的应力差增加,而当混凝土压应力增加时,除了弹性应变以及相应的徐变外,徐变系数也会随之增加.徐变的加剧反过来又将增加其引起的预应力损失,而预应力损失引起的应力重分布又反过来增加徐变效应.因此,混凝土的开裂将引起与预应力㊁混凝土收缩徐变问的强烈耦合效应.

(２)预应力损失的影响.以运营至今４３８０天的原结构作为基础模型,预应力预应力损失对箱梁的影响见表２.

表２㊀纵向预应力损失的影响(应力以拉为正㊁以压为负)计算工况主拉应力/M P a 跨中截面底缘正应力/M P a 恒载跨中挠度/c m 无纵向预应力损失０．４０－１．７２－６．３纵向预应力损失５％

０．４６－１．０１－６．８纵向预应力损失１０％０．７７０．４６－７．８纵向预应力损失１５％

１．７１

１．９０

－９．２

㊀㊀根据上述计算结果可知,纵向预应力损失１５％后,

主跨跨中底板拉应力集中在主跨跨中合龙段附近,底板拉应力的位置及范围与检测发现的情况基本一致,此时主跨跨中合龙段附近梁段主拉应力为１．７１M P a ,正截面拉应力达到１．９０M P a ,超出规范要求.

(３

)结构超重的影响.根据检测及现场勘查结果,由于施工控制不当,箱梁可能内部漏浆,根据本桥的尺寸进行测算,假设结构尺寸错台５c m ,结构自重增加也不超过５％,考虑漏浆及建筑垃圾的影响,恒载超重偏安全采用５％计算,结果见表３.

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表３㊀恒载超重的影响(应力以拉为正㊁以压为负)计算工况主拉应力/M P a 跨中截面底缘正应力/M P a

恒载跨中挠度/c m 结构无超重０．４０－１．７２－６．３结构超重５％

０．４９

－１．４５－６．９

㊀㊀根据上述计算结果,

在原结构理想状态下,结构超重５％使主跨３/８L 附近箱梁主拉应力增大０．０９M P a ,底板正应力增大０．２７M P a ,下挠增大０．６c m .

(４

)车辆超载的影响.(５

)施工控制和施工质量㊁施工工艺的影响.(６

)各因素的相互作用.如前所述,预应力损失㊁超重超载㊁收缩徐变等造成梁体开

裂㊁下挠,而开裂㊁下挠又可能造成预应力损失㊁收缩徐变进一步增大,造成梁体病害进一步加剧,形成强烈耦合作用.(７

)病害原因分析结论.综上所述,主桥箱梁跨中合拢段附近出现横向裂缝和主跨跨中下挠等病害的原因为:混凝土收

缩徐变,预应力损失,施工控制和施工质量㊁施工工艺是可能引起或加剧病害的主要原因;结构超重㊁车辆超载等因素是次要原因.

主梁维修计算可以原设计作为上限,以纵向预应力损失１５％为下限.

４㊀加固方案

根据该桥病害情况及分析结果,本次加固考虑到保证结构

安全㊁避免对结构外观造成较大改变以及新增结构共同受力的问题,采用增加体外预应力钢束来改善主跨跨中下挠情况,延缓以后跨中持续下挠;并通过裂缝处理修复中跨合拢段附近的裂缝,通过黏贴钢板对局部进行加强.

(１

)主梁增设体外预应力钢束(图１).采用在箱梁内部布设体外预应力钢束来提高结构承载能力和正常使用能力,在中

跨箱室内部设置４根体外预应力束,均采用１９ФS

１５．２m m 钢

束,分批对称张拉.

图１㊀主桥体外预应力布置图(单位:c m )

㊀㊀由于箱体内空间有限,

施工难度较大,体外预应力钢束(图２

)采用环氧涂层填充型分丝散束式索体,转向装置采用圆管形分丝式转向器,以满足单根安装㊁单根张拉和更换的要求.

图２㊀体外预应力钢束示意图

㊀㊀(２)箱梁裂缝处理(图３).对结构存在的所有可见裂缝进行封闭处理,裂缝宽度f wȡ０．１５m m 的裂缝采用灌注胶进行

灌缝处理,裂缝宽度f w＜０．１５m m 的裂缝采用涂刷树脂封闭胶进行封闭.

图３㊀箱梁裂缝处理步骤示意图(单位:m m )

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