摘要：本文介绍了钢筋混凝土空心板梁桥经过多年运营及在超重载车辆反复作用下，钢筋混凝土空心板梁桥板底出现横向裂缝、铰缝混凝土脱落、单板受力、板底铰缝处渗水泛碱等病害，使得桥梁承载力不满足现行车辆通行条件，通过采用madis civil计算软件建立模型分析，对现有某钢筋混凝土空心板梁桥分别在目前运营状态、铰缝处纵向π型钢板加固状态和铰缝处纵向π型钢板与横向工字钢组合加固状态下，钢筋混凝土空心板板底L/4、L/2、3L/4跨位置竖向挠度、板底最大拉应力、板顶最大压应力的降低率差值，对比分析加固前后效果，从而选择达到改善混凝土空心板梁桥的使用性能并提高其极限承载力的最优方案。

关键词：空心板梁桥;π型钢板;加固;挠度;应力

1 概述

1.1 原理

铰缝纵向粘贴π型钢板与横向工字钢组合加固法[1]，是指当钢筋混凝土空心板桥出现横向裂缝、板底铰缝处渗水泛碱、铰缝混凝土脱落、单板受力等病害而不满足承载力情况的一种加固方法。该方法的前提是混凝土空心板桥重新施做桥面铺装和铰缝，具体是将钢筋混凝土空心板铰缝两侧30cm范围内混凝土利用磨光机打磨初步磨平，浮渣灰尘清理干净，用高强砂浆抹平，沿主梁相邻板板铰缝处，采用胶黏剂、预埋螺杆、膨胀螺栓，将相邻空心板板底与π型钢板粘结固定，使π型钢板承担铰缝处相对转动和剪切力，发挥钢板抗拉能力较强特点，并使相邻两片空心板协同受力，减少单板受力，同时在空心板L/4、L/2、3L/4处铰缝之间预留杆件，采用H16工字钢横向加固，有效改善桥梁联系，提高桥梁各梁共同工作，同时空心板竖向挠度得到有效限制，梁底混凝土主拉应力得到有效减小，梁底横向裂缝的扩展得到有效抑制抑制，使主梁空心板抗弯剪能力与整体刚度得到有效提升的加固方法，有很强的应用性与针对性。

1.2加固目的

我国经济增长的同时公路运输行业也得得到了翻天覆地的变化，白银公路管理局省道S201线K84+125峡口井桥在现有运输通行状况下，桥梁板底出现横向裂缝、板底铰缝处渗水泛碱、铰缝混凝土脱落等病害，尤其单板受力尤为突出，桥梁承载力不满足现行通行条件。根据甘肃省公路工程质量试验检测中心有限公司完成的《省道S201线K84+125峡口井桥技术状况评定报告》，该桥技术状况评定为四类桥[2]，现车辆通行已不满足，因此需对空心板梁桥进行加固，使承载能力达到现行条件，确保桥梁运行安全。

1.3分析方案

本论文采取的加固方案[3]有：方案一：目前运营状态;方案二：铰缝处纵向π型钢板加固;方案三：铰缝处纵向π型钢板与横向工字钢组合加固。

1.3分析方法

本文通过选取该桥空心板梁桥板底最大拉应力、板顶最大压应力、板底L/4、L/2、3L/4位置竖向挠度作为评价指标参数[4]，利用midas civil建型，分析对比目前状态下、铰缝处纵向π型钢板加固及铰缝处纵向增加π型钢板与横向工字钢组合加固对板底最大拉应力、板顶最大压应力、板底L/4、L/2、3L/4跨位置竖向挠度的影响效果，模型加载荷载不变，仅考虑恒载和汽车荷载，将荷载转化为均布荷载进行施加。将目前运营状态、铰缝处纵向π型钢板加固及铰缝处纵向增加π型钢板与横向工字钢组合加固后，各评价参数进行降低率对比，选取最优加固方案。

2 应用实例

2.1 原桥概况

（1）桥梁概况

①跨径布置：2-13m的钢筋混凝土空心板桥，全长36m;②横断面布置：0.5m+11m（行车道）+0.5m;③荷载等级为汽-20级、挂-100;④桥梁下部结构形式：柱式墩、U型桥台，扩大基础;⑤建设年代：1999年。

（2）主要病害

经现场检测，S201线K84+125峡口井桥最严重的病害是3-2#、3-3#空心板出现单板受力现象，梁体下挠比较明显;桥面沿铰缝处出现纵向裂缝。由于冬季来临，白银地区运煤车辆剧增，重载车辆较多，导致该桥病害更加严重。

2.2原结构模拟

2.2.1midas建模参数

结构分析采用midas civil建模[5]-[6]，混凝土空心板模型整体划分为2981个单元，3021个节点;横向联系通过建立模拟工字横梁并释放梁端约束来实现，并在梁格上加板单元保证荷载加载，约束条件底采用一般支承，6个自由度约束。

2.2.1midas建模模型与实际施工图

采用midas civil建模，其中有限元模型见图1，边界约束条件边图2，组合加固模型见图3，实际设计图纸见图4～图5，实际施工应用见图6。

3加固方案比较

3.1方案一：目前运营状态

主梁空心板在目前运营状态下，通过midas civil计算，各评价参数指标理论值见表1。

3.2方案二：铰缝处纵向π型钢板加固

沿空心板铰缝纵向粘贴宽30cm、高25cm的π型钢板情况下，通过midas civil计算，各评价参数指标理论值见表2。

3.3方案三：铰缝处纵向π型钢板与横向工字钢组合加固

沿空心板铰缝纵向粘贴宽29cm、高25cm的π型钢板，L/4、L/2、3L/4跨处R16工字钢加固情况下，通过midas civil计算，各评价参数指标理论值见表3。

4小结

由表4得知，通过加载相同汽车荷载，方案一钢筋混凝土空心板挠度和应力都比较大，方案二钢筋混凝土空心板L/2、L/4、3L/4跨处竖向挠度、板顶最大主压应力、板底最大主拉应力均有不同程度减小，方案三钢筋混凝土空心板各项评价参数指标降低率均大于方案二对应项评价参数指标降低率，其中L/2跨处竖向挠度的降低率差值为 23.39%，L/4跨处竖向挠度的降低率差值为 9.72%，3L/4跨处竖向挠度的降低率差值为 16.91%，板底最大主拉应力的降低率差值为 9.18%，最大主压应力的降低率差值为8.70%。

5結论

由以上分析可知：

（1）方案一目前运营状态，反映的是各评价参数的实际值，铰缝协同工作性能差。

（2）方案二铰缝处纵向π型钢板加固，与方案一相比各评价参数不同程度减小，说明方案二对改变空心板单板受力有一定作用。

（3）方案三铰缝处纵向π型钢板与横向工字钢组合加固，与方案一相比各评价参数减少幅度更大，说明方案三对空心板单板受力有很大改善。

（4）方案三与方案二相比，各评价参数也不同程度减小，说明方案三比方案二效果更好。

6结语

钢筋混凝土空心板桥单板受力时，通过铰缝处纵向增加π型钢板和铰缝处纵向π型钢板与横向工字钢组合加固可以同时降低空心板竖向挠度和应力，但铰缝处纵向π型钢板与横向工字钢组合加固降低效果更好，结合施工完运营两年的实际效果，说明铰缝处纵向π型钢板与横向工字钢组合加固可以大大改善空心板单板受力病害，延长桥梁使用寿命和增加桥梁安全运营。

参考文献：

[1]张丽芳.横向钢板加固对空心板桥受力影响研究[J].华东交通大学学报，2019（06）：106-111

[2]甘肃省公路工程质量试验检测中心有限公司《省道S201线K84+125峡口井桥技术状况评定报告》，2017

[3]王子强.钢筋混凝土简支空心板梁桥加固设计[J].北方交通，2019（10）：32-34+37

[4]王渠.预应力碳纤维板加固空心板桥试验研究[J].南昌大学学报（工科版），2019（03）：247-252

[5]张英光.空心板梁单板受力数值分析及挠度预警值设定[J].公路交通科技（应用技术版），2018（10）：29-30+33

[6]唐杨，唐卫国等.某空心板桥碳纤维加固效果有限元分析[J].长江工程职业技术学院学报，2019（04）：1-5

马丁红，男，汉，1985年，甘肃环县，硕士研究生，中级工程师，主要从事桥梁加固设计工作