■ 靳晓艳

(阿勒泰公路管理局阿勒泰分局， 阿勒泰 654301)

据统计， 截至2019 年， 我国在役公路桥梁80.53 万座，在目前世界上已建成的主跨跨径位于前10 座斜拉桥、悬索桥、拱桥和梁式桥中，我国分别占有7 座、6 座、6 座和5 座；高铁桥梁累积长度超过1 万km，超过线路总长的50%。事实上，随着大量桥梁投入运营，运输总量明显上升，重载车辆比重也在激增，导致旧桥病害复杂化、服役能力下降、安全隐患增多，而因监测加固不及时、交通管制不到位等引起桥梁垮塌的事故逐年攀升，因此，采取有效的维修加固措施，恢复桥梁承载能力、消除安全隐患、改善运营服务能力具有十分重要的现实意义。

国内外桥梁检测、 加固设计和维修施工技术已较为成熟，并已实现研究成果转化和推广应用，文献[1]采用端部植筋和混凝土填充方法加固混凝土空心板梁桥， 研究结果表明该方法可有效提升空心板梁桥的承载能力， 维持板梁结构安全和稳定。 文献[2]采用梁底张拉预应力碳纤维板加固设计方法， 解决了早期装配式预应力混凝土组合箱梁构造尺寸普遍偏小、 易出现腹板及底板结构性裂缝等结构强度、刚度问题。文献[3]引入了典型车辆运动方程和多梁式车-桥耦合关系，构建了梁格法车-桥耦合振动系统，研究表明采用增大截面法加固刚架拱桥可行。

基于现场实测数据和检测结论的基础上， 对全桥上下部结构及支座主要病害进行分类， 通过结构受力检算， 提出一系列与之相对应的维修加固设计综合方案，为类似桥梁加固设计提供参考和借鉴。

1 项目概况

某桥梁全长155.8 m，上部结构为5×30 m 预应力钢筋混凝土连续箱梁，主梁为C40 混凝土，桥面宽度12 m，沥青混凝土铺装层厚6 cm。 结构断面由4 片梁及3 道铰缝组成，箱梁高140 cm，梁间距300 cm，底板宽100 cm，中梁顶板宽210 cm，边梁顶板宽255 cm； 跨中截面位置处箱梁顶板厚14 cm，底板厚14 cm，腹板厚14 cm；梁端截面处箱梁顶板厚14 cm，底板厚24 cm，腹板厚24 cm。下部结构为桩柱式墩台。 1# 台、6# 台为滑板支座，其余均为橡胶支座。 预应力钢丝采用符合YB255-64 标准的冷拔碳素钢丝。 自建成后尚未进行加固维修。

2 桥梁病害及检测结果

2.1 主要病害

(1)上部结构

①全桥箱梁底板和腹板共出现4 条斜向裂缝，长度0.5～1.1 m， 宽度0.14～0.41 mm， 最大0.41 mm。②底板和腹板出现纵向裂缝8 条， 部分伴有晶体渗水。 长度2～30 m， 宽度0.10～0.16 mm， 最大0.16 mm。③底板出现横向裂缝12 条，部分伴有晶体渗水。 长度1～1.5 m，宽度0.24～0.25 mm，最大0.25 mm。 ④全桥箱梁混凝土破损6 处，破损面积0.1～1.6 m2，全桥露筋8 处。 典型病害如图1～2 所示。

(2)下部结构

全桥盖梁共4 条竖向裂缝。 最大裂缝宽度0.3 mm。 典型病害如图3 所示。

(3)支座全桥范围内共2 块支座存在老化开裂现象。 典型病害如图4 所示。

2.2 检测结果评定

依据评定标准[4]对运营阶段公路桥梁技术状况进行评定，评定分值见表1。

经评分计算，该桥上部结构分值为76.25，技术状况为3 类；下部结构分值为79.85，技术状况为3类；桥面系分值为86.99，技术状况为2 类；总体分值为79.83， 因此该桥桥梁总体技术状况评定等级为3 类。

图1 主梁腹板斜向裂缝

图2 梁底横向裂缝

图3 桥墩盖梁竖向裂缝

图4 支座老化、开裂

表1 桥梁技术状况评定

3 结构受力检算与加固设计方案

3.1 维修加固前结构检算

3.1.1 原设计结构计算

主要包括主梁控制截面承载能力计算和原设计荷载检算分析两部分，主梁纵向结构静力计算采用桥梁综合程序MIDAS 进行建模分析， 按B 类预应力构件进行计算。 材料参数取值见表2。

(1)荷载组合

本文采用原设计荷载，恒载：一期恒载包括预制梁材料重量及二期恒载包括防撞护栏和桥面铺装；活载：汽-20，挂-100。 由此荷载组合为：组合一：1.2×恒载+1.4×汽-20；组合二：1.2×恒载+1.1×挂-100。

(2)计算结果

①承载能力极限状态主梁控制截面抗弯验算

根据有限元模型计算得到不同荷载组合下主梁内力值，全桥弯矩图如图5～6 所示；表3 为承载能力极限状态主梁抗弯验算结果。②承载能力极限状态主梁控制截面抗剪验算根据有限元模型计算得出不同荷载组合下的主梁内力值，全桥剪力图如图7～8 所示；表4 为承载能力极限状态主梁抗剪验算结果。

表2 材料设计参数表

图5 组合一弯矩图

图6 组合二弯矩图

表3 承载能力极限状态主梁抗弯验算

图7 组合一剪力图

表4 承载能力极限状态主梁抗剪验算

根据以上验算结果，原桥结构设计满足规范要求。

3.1.2 旧桥检算

根据检测报告该桥总体技术状况评定等级为3类。 引入承载能力折减系数(含承载能力检算系数Z1和承载能力恶化系数ξe)，用以评估结构实际承载力相对设计结构承载力的衰减幅度。 根据规范[5]，配筋混凝土桥梁承载能力极限状态的检算结果，按下式进行计算评定。

表5 折减系数一览表

(1)承载能力极限状态主梁控制截面抗弯检算

表6 承载能力极限状态主梁抗弯检算

(2)承载能力极限状态主梁控制截面抗剪检算

根据规范[5]，对旧桥进行折减，检算结果显示不满足要求，部分梁体因梁底横向裂缝而表现出主梁抗弯承载能力不足，支点附近截面局部抗剪承载能力出现不足，需加固处理。

表7 承载能力极限状态主梁抗剪检算

3.2 维修加固设计方案

(1)若主梁抗弯承载能力不足时，采用封缝+底板纵向粘贴钢板法。

预制箱梁底板纵向裂缝可能是由于养生期间内外温差过大引起底板出现较大拉应力，加上纵向预应力泊松效应容易引起底板产生横向拉应力，从而产生纵向裂缝。 此外，部分梁体因材料性能退化导致截面抗力降低，在不断增长的重载交通长期作用下，腹板也会出现斜向裂缝、竖向裂缝，跨中底部出现横向裂缝。

对经检算承载能力不足的箱梁，底板裂缝封闭后粘贴钢板，恢复桥梁主受力结构承载能力，加固设计如图9 所示。

(2)若主梁抗剪承载能力不足时，采用封缝+腹板斜向粘贴钢板法。

图9 主梁底板及腹板封缝+粘贴钢板加固

当腹板近支点附近截面主拉应力超过混凝土抗拉强度时，就会产生斜向裂缝。 具体措施是对主梁近支点附近出现的斜向裂缝进行封闭，并粘贴斜向钢板，协助混凝土承担主拉应力，提高抗剪承载能力。

(3)封闭盖梁负弯矩处裂缝，对存在超过规范宽度限制裂缝的盖梁， 在负弯矩区粘贴钢板加固，如图10 所示。 盖梁墩顶对应位置竖向裂缝为负弯矩区主拉应力超过混凝土抗拉强度所致。

(4)一般裂缝处理：当缝宽小于0.15 mm 时，仅进行表面封闭即可；当缝宽大于0.15 mm 时，其对结构内部钢筋锈蚀影响较大，应先开设V 槽，再封闭V 槽并进行压力灌浆处理。 对于锈胀裂缝，先凿除松动开裂的混凝土，对钢筋表面除锈，再用高性能复合水泥砂浆修补。

3.3 维修加固后的计算

选用Q345 钢板对主梁进行加固， 提高抗弯承载能力。 加固后承载能力按现行规范[6]规定进行计算，借助有限元模型，考虑活载影响修正系数，分别计算组合一和组合二下主梁内力，以验算主梁加固效果。 其截面加固计算结果如表8 所示。

图10 盖梁粘贴钢板加固

表8 加固后承载能力计算

从表8 可以看出，主梁加固后承载能力满足规范要求，且有一定的安全储备。

4 结论

(1)根据检测报告该桥梁总体技术状况评定等级为3 类，借助有限元模型，对维修加固前原设计和旧桥结构受力检算， 发现旧桥个别主梁抗弯承载能力不足，支点附近局部抗剪承载能力不满足要求，结构使用性能退化严重，存在较大运营安全隐患。

(2) 系统地提出了全桥主要受力结构维修加固设计方案：主梁承载能力不足时，采用底板封缝+粘贴纵向钢板加固处理；主梁抗剪不足时，采用腹板封缝+粘贴斜向钢板加固处理； 盖梁负弯矩处裂缝宽度超过限值时， 采用盖梁侧面及顶面封缝+粘贴钢板加固处理。

(3)承载能力极限状态下，加固改造处理后的主梁抗弯承载能力满足设计规范要求，且安全储备均达到1.30 以上。