桥梁加固实例分析

2022-09-11

随着中国城市的发展, 城市道路交通网日趋完善, 许多旧有桥梁由于其所处位置及当时的建设经济条件, 成为了现有道路交通网的一个重要组成部分。但是伴随交通量的增长及时间的推移, 许多在役桥梁因其原有的设计施工条件制约, 在不断的灾害荷载和环境作用下, 普遍出现病害问题, 需要加固整治。本文就桥梁加固进行实例分析。

1 桥梁加固实例分析

1.1 概况

广州市某中桥跨越海珠涌, 昌岗立交其中一跨跨越本桥。桥梁全桥长为30m, 宽49.8m, 其上部结构分为三幅, 其中左右边幅为三跨钢筋混凝土简支T梁, 其跨径组合为10m+10m+10m;中间一幅为连续刚构, 其跨径组合为2.24m+7.76m+10m+7.76m+2.24m。下部结构为石砌桥台, 钢筋混凝土轻型排架柱式墩。简支T梁和连续刚构横截面如图1所示。

根据收集资料显示, 该桥经过两次扩建, 第一次扩建竣工于1960年, 第二次扩建竣工于1989年, 现有桥梁结构中连续刚构梁桥为原有第一次扩建部分, 简支T梁桥为第二次扩建部分。根据桥梁检测结果:桥梁承载能力和正常使用性能均能满足汽—20荷载等级, 全桥结构技术状态综合评分为64.12分, 为D类桥梁, 需要对该桥进行中修。

根据收集资料, 连续刚构桥设计荷载等级为汽车—13级, 简支梁桥部分设计荷载等级不详。由于经过两次改扩建, 原有连续刚构桥仅保留五片主梁并进行了桥梁加固和加宽。改扩建后通过桥面铺装新老桥连为一体, 使新旧桥共同工作, 利用新加宽部分, 调整了荷载横向分布系数和原桥内力, 减轻原梁负担, 间接达到加固补强的目的, 因此原桥承载能力有所提高。

1.2 主要病害

根据检测报告, 桥梁各附属结构 (桥面铺装, 伸缩缝、支座等) 均存在不同程度病害。

本桥的上部结构根据检测报告:桥梁整体外观较差, 混凝土构件表面成黑色, 有大面积麻面、蜂窝现象, 且开裂较多, 多处主梁底有纵裂缝, 可能是里面钢筋锈蚀将混凝土挤裂造成。主梁侧也有大量纵、横向裂缝或网状裂缝, 横隔板上裂缝更加严重。大多数裂缝宽度在 (0.2~0.4) mm之间, 而某些则达到2mm~4mm, 直接导致该处的混凝土脱落。除此之外, 混凝土构件露筋也很严重, 多处梁底的受力钢筋暴露在外, 产生锈蚀。

下部结构:由于年代久远, 桥墩砼发黄发暗, 且墩身下部由于河水的冲刷出现混凝土露骨现象。盖梁上有较多水渍, 盖梁及墩身皆有混凝土剥落, 露筋现象。

1.3 桥梁加固设计方案

1.3.1 桥面及附属设施设计

(1) 桥面铺装。

根据收集到的资料, 原有扩建的桥面铺装设计为10cm厚250号细石砼+4cm厚沥青砼。由于桥梁使用时间较长, 现桥面交通量较大, 且原有桥面整体化层砼标号较低 (规范要求铺装层混凝土强度等级不小于C40) , 现将桥面铺装进行凿除重铺。

处理方法为对桥面4cm厚沥青铺装层及10cm厚整体化层进行凿除, 重铺整体化层和沥青铺装层, 考虑到不增加桥梁二期恒载, 维持原有铺装层总厚度不变。改造方案为重铺8cm厚整体化层 (内设10@10×10钢筋网) +三涂FYT-1防水涂层+6cm厚沥青玛蹄脂碎石混合料 (SMA-13) 面层。

经过桥面铺装重处理, 验算主梁承载力时可计入部分铺装作用, 间接提高主梁承载力。

(2) 伸缩缝:更换D80模数式伸缩缝。

(3) 支座:本桥的支座病害严重, 个别混凝土板式支座被完全压裂, 出现竖向直通长裂缝, 橡胶支座大多变形严重, 全桥支座应进行更换。支座更换为200×250mm h=42mm方形公路橡胶支座。

1.3.2 上部结构主梁加固设计

(1) T型等截面简支梁及连续刚构变截面梁加固设计。

根据检测报告及结合对桥梁外观检查, 针对现有主梁病害情况, 并考虑原桥梁使用有一定年限, 承载力有一定下降, 且现在交通荷载量的不断增加的现状, 采用粘贴钢板的加固形式。

1) 加固机理。

当结构出现承载力不足, 桥梁出现严重的裂缝时, 采用粘结剂及锚栓, 将钢板粘贴锚固在砼结构的受拉缘, 使其与结构形成整体, 达到提高梁的承载能力及正常使用状态下抗裂的作用。

2) 加固设计。

合理与安全的设计应控制在钢板发生屈服变形前, 粘结处砼不出现剪切破坏。确保钢板与被加固构件形成整体受力是加固成功与否的关键, 这需要钢板具有足够的锚固长度, 粘结剂具有足够的正常粘结强度和耐久性, 同时用植入锚筋加强钢板与砼的连接。

3) 计算方法。

(1) 受弯构件的计算与钢筋砼受弯结构基本一致, 所不同的是需考虑钢板的应力滞后以及撕脱力影响等强度折减系数, 通常可取0.9。计算方法如图2。

受压区高度和截面受弯承载力可按下式确定:

式中:

fs为受拉钢筋的抗拉强度设计值;

As为受拉钢筋的面积;

f′s为受压钢筋的抗拉强度设计值;

A′s为受压钢筋的面积;

fay为钢板的抗拉强度设计值;

Aa为钢板的面积;

fcm为砼轴心抗压强度设计值。

(2) 钢板锚固长度计算。

L1≥2fay ta/fcv, 其中ta代表加固钢板的厚度, fcv指被粘砼的抗剪强度设计值。若钢板粘结长度无法满足以上要求, 可在钢板的端部锚固区粘结U型箍板。

(3) 斜截面粘结钢板加固抗剪计算。

当构件斜截面抗剪承载力不足时, 可按图3方法粘结并联U型箍板进行加固, 此时斜截面抗剪承载力可按下式计算 (图3) 。

同时, 满足Lu/S≥1.5

式中:

V为斜截面剪力设计值;

V0为原构件斜截面剪力抗力值;

Aal为单肢箍板截面面积;

S为箍板轴线间距。

对于常见箱梁腹板45°斜裂缝, 可采用与斜裂缝垂直的钢板条加固。

4) 处理方法:对左幅简支梁桥、中幅连续刚构桥及右幅简支梁桥第一跨采用粘贴Q235钢板的加固形式, 其余只对裂缝及表面缺陷进行处理, 具体操作如下。

(1) 先对T梁腹板、连续刚构变截面梁梁肋及横隔板宽度≥0.15mm的裂缝进行灌浆处理, 宽度<0.15mm的裂缝进行封闭注胶处理。

(2) 再对T梁腹板、连续刚构变截面梁梁肋下缘采用粘贴钢板的方法进行加固, 提高T梁及连续刚构变截面梁梁肋抗弯承载能力。对梁底露筋部位, 应凿除露筋部位的剥落、疏松、腐蚀等劣化混凝土, 对外露锈蚀钢筋进行除锈处理, 而对于锈蚀损失面积达到钢筋面积的20%以上的主筋, 必须将其完全凿出, 进行除锈处理后, 在其侧面焊接相同直径的接长钢筋, 然后用环氧砂浆将结构修补平整;待结构修补平整后再粘贴钢板加固。

(3) 对T梁腹板、连续刚构变截面梁梁肋侧面采用竖向粘贴钢板的方法进行加固提高T梁及连续刚构变截面梁梁肋抗剪承载能力。

(4) T梁翼板及连续刚构变截面梁桥面板, 右幅简支梁桥第二、三跨主梁, 对宽度≥0.1 5 m m的裂缝进行灌浆处理, 宽度<0.15mm的裂缝进行封闭注胶处理;混凝土表面麻面、破损等修补按照病害情况分两种情况进行处理。对疏松层较浅、病害范围较小的区域采用丙乳砂浆修补对孔洞及深度超过6mm的深层疏松层采用丙乳细石混凝土修补。

(5) 对横隔板采用横向粘贴钢板的方法进行加固。