康 瑾 陈顺超 董春彦 郑维龙

（西南林业大学土木工程学院，云南 昆明 650224）

0 引言

随着桥梁在役年限的增长，加之日常使用过程中受到日晒雨淋、热胀冷缩等外在环境因素影响以及超载车辆的反复碾压，桥梁的病害越来越多，桥梁的安全耐久使用性越来越低，导致最近这几年发生了许多桥梁安全问题，给人们的生活生产带来了很多不利影响和损失。而针对这些桥梁，对其全部翻新不符合经济科学的要求，为了极大地提高旧桥的承载能力，迫使旧桥维修加固成为热点话题，旧桥加固研究、交工质量评价以及加固效果评价正日益受到重视。而对于其加固后的交工质量以及加固效果评价也是目前亟待解决的一大难题。

对于桥梁加固，当下很少有加固方法能在几乎不加大结构自重、不减少桥下净空的前提下，既能明显提高结构的刚度和最大承载力，又能很好地利用所加固材料，并且不发生黏结破坏，且加固后的构件依然有很好的延性。聚合物砂浆预应力钢丝绳加固技术可更好地改善当下加固措施中面临的主要困境，达到加固目的［1］。

1 工程概况

K82+239水库4#桥位于该线K82+239处，于2012年4月建成通车。桥梁全长216.4 m，桥梁宽度为10 m，行车道宽度为9 m，上部结构为7 m×30 m预应力混凝土结构连续T梁，分为4 m×30 m+3 m×30 m共两联；下部结构为圆形双柱墩，轻型桥台。

2 预应力高强钢丝绳加固

2.1 预应力高强钢丝绳加固原理

预应力高强钢丝绳［2-3］加固技术主要通过主动对梁体施加预应力，为结构提供主动的应力，而且是梁体出现裂缝后进行的主动加固技术，同时起到了对裂缝封闭的作用。采用此方法加固桥梁，能够有效地规避其他加固方法存在的缺点，基本上不增加梁体的自重，占用桥下空间小，并能明显提高梁体的刚度和最大承载力。同时加固材料能够很好地被利用，而且不发生黏结破坏，工艺简单并且施工方便，经济效益高，是一种优良的抗弯加固手段。与传统的被动加固模式相比，预应力钢丝绳加固技术的加固思路是利用钢丝绳体良好的抗拉性能，对结构提供预应力实施主动加固，待钢丝绳张拉到位后，在钢丝绳外侧涂抹或浇筑聚合物砂浆［4-5］，对钢丝绳进行防护。

采用小直径的高强钢丝绳施加预应力，并将预应力高强钢丝绳与混凝土原结构内部已经存在的受力钢筋（或者预埋的化学螺栓）在构件两端锚固成为一个整体，此时梁底纤维与钢丝绳共同作用，从而加强梁整体的抗弯性能［6-8］。

2.2 挠度计算方法

可依据预应力混凝土梁挠度计算方法，预应力钢丝绳加固桥梁的挠度主要由3部分组成［9］：荷载作用产生的挠度f2，mm；预应力引起的上拱挠度f1，mm；预应力损失引起的挠度fs，mm；目前，预应力损失通常只考虑张拉和放张过程对梁的反拱作用，即式（1）。

2.2.1 开裂后截面刚度。开裂截面的换算为截面惯性矩Icr，如式（2）。

开裂截面刚度Bcr如式（3）。

2.2.2 预应力钢丝绳加固梁挠度。预应力产生的挠度f1如式（4）。

式中：Np为钢丝绳的有效预应力，MPa；ep为钢丝绳有效预应力的偏心距，mm；l0为预应力钢丝绳的计算跨径，mm。

荷载产生的挠度f2如式（5）。

式中：S为与荷载种类和支撑种类有关的挠度系数；M为使用弯矩值，N·mm；l为受弯梁的计算跨径，mm。

3 加固前后静载试验对比分析

为检验预应力高强钢丝绳的实际加固效果，该桥加固完成后进行静载试验，测量试验荷载作用下主梁挠度。将试验数据与加固前荷载试验数据同理论计算值对比，检验该桥上部结构实际工作状态，分析结构受力的改善效果。

3.1 荷载工况及加载方案

桥梁静载试验工况及测试截面遵循构件最不利受力原则进行确定。实际加载按各测试截面的最不利效应进行布载，同时考虑到现场加载条件，本次试验包括4种试验荷载工况，具体如图1所示。

图1 静载试验测试截面示意图（单位：m）

工况一：顺桥向JM1截面最大正弯矩，横桥向为偏载布置。

工况二：顺桥向JM1截面最大正弯矩，横桥向为中载布置。

工况三：顺桥向JM2截面最大正弯矩，横桥向为偏载布置。

工况四：顺桥向JM2截面最大正弯矩，横桥向为中载布置。

3.1.1 挠度测点布置。测试截面上挠度测点布置于预应力混凝土结构连续T梁底部，测点布置时，采用在T梁底部悬挂重物的方法，将T梁底部接触位置引至地面，然后采用百分表测试；当桥下测试有困难时，也可将测点布置于桥面，采用精密水准仪的优势对挠度值进行测量。具体的挠度测点布置如下：JM1、JM2截面，每个截面横向布置4个挠度测点，具体如图2所示。

图2 静载试验挠度测点布置示意图

3.1.2 加载方案。在现场实施实桥加载时，静载加载位置采用防撞护墙内边缘作为参考边从左往右进行加载位置的确定，偏载最左侧车左后轮两轮中间距左侧防撞护墙50 cm，随后按车两轮间距180 cm以及两车最小间距130 cm布置第二排车；中载最左侧车左后轮两轮中间距左侧防撞护墙205 cm，随后布置同偏载方法，详细布置图如图3、图4所示。

图3 所有偏载工况荷载横向示意图（单位：cm）

图4 所有中载工况荷载横向示意图（单位：cm）

通过软件模拟对模型采用原公路-Ⅱ级计算，得到各工况的荷载试验效率如表1所示。

表1 桥梁荷载试验效率一览表

根据表1所示，在加载车的加载下各个静载工况试验效率处于0.95～1.02之间，满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG-T J21-01—2015）在用桥梁荷载试验效率0.95～1.05的要求，可对实桥进行各工况加载。

3.2 加固前后静载试验对比分析

通过对桥梁加固前后进行荷载试验得到各个工况理论与实测数值的对比如表2、表3所示。

由表2、表3可知，在静荷载作用下，加固前工况一～工况四中最大实测挠度为10.78 mm，挠度残余度最大值为5.84%，挠度校验系数范围在0.97～1.45内，表明加固前该桥已不满足使用要求。采用预应力钢丝绳加固后工况一～工况四中最大实测挠度为5.42 mm，挠度残余度最大值为5.76%，挠度校验系数范围在0.49～0.73内，加固后校验系数变小，说明该桥的安全储备增大，结构的弹性恢复能力增加，桥梁桥跨结构整体工作性能正常。

表2 JM1截面各工况桥梁加固前后挠度对比（M+max）

表3 JM2截面各工况桥梁加固前后挠度对比（M+max）

由表4可知，在静荷载作用下，预应力钢丝绳加固后JM1与JM2各个工况平均挠度降低幅度介于-49.94%～-47.56%，平均为-48.54%，各工况下最大挠度降低幅度介于-51.01%～-43.54%。

表4 各工况桥梁加固前后挠度对比（M+max）

4 结论

①预应力钢丝绳加固后工况一～工况四平均挠度降低幅度介于-49.94%～-47.56%，平均为-48.54%，各工况下最大挠度降低幅度介于-51.01%～-43.54%；各测点残余挠度均呈现一定幅度的降低，说明加固后抗弯承载能力明显提高，达到桥梁的预期加固效果。

②综合上述改善情况，说明在采用预应力钢丝绳加固之后，桥梁的强度和刚度均得到较明显改善，承载能力得到提高，采用预应力钢丝绳加固桥梁能够达到加固效果，采用荷载试验对其加固效果评价是可行的。