论文部分内容阅读
摘 要：文章写于2016年3月，笔者在此文工程案例中担任桥梁专业负责人，全文对高架连续梁桥的常见病害进行分析，对病害产生原因进行简要论述，最后侧重结合某高架连续梁桥工程实例，对工程桥梁病害的主要表现以及维修加固设计方案进行探讨分析，望能够为同类型高架连续梁桥病害的针对性处理提供一定的参考与借鉴。
关键词：连续梁桥；高架桥；病害；维修加固；设计
中图分类号：U445.71 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）27-0020-02
1 概 述
近年来，我国交通基础设施的建设力度不断扩大，建设规模取得了质的飞跃。高架连续梁桥作为新兴城市基础交通体系中的重要构成部分之一，具有使用性能多元、施工方便迅速、工程造价低廉、以及后续养护简单等多个方面的优点，进而得到了广泛应用。
但同时，随着高架连续梁桥使用经验的不断发展与完善，跨中下扰过大、跨中底板横向开裂、以及顶板底板纵向裂缝等病害缺陷也开始不断凸显，成为影响高架连续梁桥安全运行的最主要问题。
本文即就高架连续梁桥的主要病害以及在维修加固设计方面的关键问题展开探讨，望引起重视。
2 高架连续梁桥主要病害
在高架连续梁桥的实际运行期间，主要可能存在以下缺陷及病害：
第一是跨中下挠。跨中下挠是高架连续梁桥最为常见与典型的结构病害，下挠值的增加可能导致梁体跨中段出现垂直型裂缝，或导致腹板裂缝病害的大量产生，进而影响桥梁结构的整体稳定性与耐久性；
第二是裂缝。高架连续梁桥中裂缝病害的表现形式较多，其中，1/4跨径部位、腹板增厚部位、以及边跨现浇段均为斜向裂缝的高发区域；边跨与主跨合拢段部位相应底板则容易出现腹板竖向裂缝缺陷或横向裂缝缺陷。
除此以外，还有部分高架连续梁桥在外部荷载作用力影响下可能导致桥墩墩顶以及顶板地面出现纵向、横向裂缝，影响桥梁结构的正常使用。
3 高架连续梁桥病害原因
导致高架连续梁桥出现各类病害的主要原因包括以下几个方面：
第一是施工控制力度不严，整体施工质量偏低。包括梁体混凝土浇筑不密实，产生孔洞，或因摸板尺寸控制不严导致超方或少方问题的产生；
第二是梁体开裂进而导致下挠值增加。由于混凝土施工質量或养护不到位，加之受到构造尺寸的影响，导致箱梁梁体出现开裂病害，影响高架连续梁桥结构刚度水平，挠度值也显著增加；
第三是温度因素。即部分高架连续梁桥原有规范中缺乏对温度因素的考量，整体升降温以及温度梯度的产生均会对桥梁主体超静定结构产生影响；
第四是箱梁尺寸设置存在局限。部分高架连续梁桥在原有设计方案中片面追求尺寸的轻薄，缺乏对混凝土性能的估计，进而可能导致裂缝等病害的产生。
4 工程实例
某高架连续梁桥为薄壁柔性墩四跨连续刚构桥，桥面布置为55.0 m+85.0 m+85.0 m+55.0 m，单向部分为预应力结构，单幅桥面宽度为12.0m，设计荷载等级为汽车-超20级，挂车为-120级。
工程前期设计标准为：主桥箱梁结构底板宽度为
6.4 m，悬臂长度为2.8 m，支点梁体高度为4.5 m，跨中梁体高度为2.0 m，梁高以及底板厚均呈二次抛物线式过渡，腹板厚度自跨中部位至支点部位分别为30.0 cm、35.0 cm、40.0 cm、以及
45.0 cm。
4.1 检测情况分析
该高架连续梁桥运行2年后，中跨合拢段～主跨跨径1/4范围内于底板出现明显横向裂缝，腹板部位可见斜向以及竖向两类裂缝。边跨合拢段附近底板可见横向裂缝。
结合本工程前期施工资料认为，病害产生原因有以下几个方面：
第一，设计环节缺乏对混凝土收缩徐变以及温度作用等因素的考虑；
第二，结构自身预应力度偏低，局部腹板尺寸偏小，导致裂缝病害的产生；
第三，沿线车流量大，超重车多，结构受力被动加大。
4.2 加固设计原则
结合本工程实例，在对高架连续梁桥进行维修加固时，加固方案的设计应当遵循以下几个基本原则：
第一，确保满足高架连续梁桥结构极限承载力要求以及高架连续梁桥正常使用的要求；
第二，最大限度的降低高架连续梁桥箱梁法向拉应力水平，将主梁恢复为A类预应力构件；
第三，有效降低高架连续梁桥箱梁腹板主拉应力水平，以合理提高箱梁腹板抗裂能力；
第四，针对高架连续梁桥在实际使用中已经出现的病害进行处理，避免已形成裂缝的进一步发展与扩大；
第五，避免高架连续梁桥的维修加固过程对交通通行产生影响。在被动加固以及主动加固两种加固设计模式下，被动加固仅能够借助于补强材料承受活载作用力以及后加横载内力，但难以对高架连续梁桥结构受力状态产生影响。
故而，本工程加固方案设计应当优先选用主动加固方式，包括体外预应力加固技术、新增有粘结预应力加固技术、以及改变结构体系加固技术这三种类型。
4.3 维修加固措施
在对高架连续梁桥病害进行处置以及加固的过程中，维修加固措施的设计与实施必须综合考虑方案成熟度、施工可操作性、以及运营风险等多个方面的问题。结合本工程案例特点来看，维修加固应选择方案为以体外预应力加固为主，其他主动加固维修措施为辅的整体性维修加固方案。具体维修加固措施可按照如下方案进行设计：
第一，增加体外纵向预应力钢束。在高架连续梁桥箱梁结构内部布设体外预应力钢束，利用体外预应力钢束提高高架连续梁桥整体结构承载力，改善使用性能，以确保主梁结构能够满足本工程汽车超20级、挂车-120级的A类预应力构件要求。单幅桥梁横向设置4束体外预应力钢束，如图1和图2所示。边跨采用15.2 mm钢件，中跨采用15.2 mm钢束，抗拉强度标准值为1 860.0 MPa，张拉控制应力标准值为0.6 fpk，张拉模式为先边跨后中跨、分批对称性张拉方案。除此以外，在本工程箱梁内部应用植筋方式设置转向块以及锚固齿板。结合高架连续梁桥专项构造要求，转向块选型以竖肋式以及块式为主，体外预应力借助于钻孔方式穿过墩顶横隔板，并通过锚固方式与边跨锚固齿板以及墩顶齿板进行固定。
第二，对高架连续梁桥箱梁裂缝进行处理。针对高架连续梁桥在使用过程中关键结构已经出现的裂缝缺陷进行全封闭处理，针对最大宽度不足0.15 mm的裂缝，用树脂封闭胶进行涂刷并封闭，针对最大宽度在0.15 mm及以上的裂缝，则用灌注胶灌缝的方式进行封闭。
本工程中针对边跨与中跨合拢段附近箱梁腹板，采用内侧粘贴钢板的方式改善构件主拉应力水平，以提高箱梁腹板抗裂性能。同时，为增加边跨与中跨合拢段连接刚度，提高底板承载性能，采用于合拢段附近底部粘贴纵向钢板的维修加固方式，同时有效限制合拢段裂缝发展。
4.4 维修加固效果
经上述维修加固设计方案处理后，主梁正截面以及斜截面抗裂强度均能够满足A类预应力构件的基本要求。经针对性处理后，本工程在预计工期内成功恢复通车运营，至今桥梁技术状况良好，未再次出现裂缝病害。
5 结 语
高架连续梁桥在经过长时间的运行后，部分桥梁容易出现跨中下扰过大、跨中底板横向开裂、以及顶板底板纵向裂缝等病害缺陷，对高架连续梁桥结构的安全使用产生不良影响，需及时进行维修加固，以提高高架连续梁桥结构稳定性，延长其使用寿命。本文联合某工程实例，就高架连续梁桥病害与设计时维修加固方案进行研究与论述，望能够引起重视。
参考文献：
[1] 黄绍锋，王秀芬，孟涛，等.城市高架桥维修加固方案的研究[J].公路， 2012，（10）：98-100.
[2] 齐欣.高架桥的常见病害及防治措施[J].城市建设理论研究（电子版）， 2011，（23）.
[3] 许世春.桥梁支座的病害与维修加固[J].山西建筑，2015，（32）：168-170， 171.
关键词：连续梁桥；高架桥；病害；维修加固；设计
中图分类号：U445.71 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）27-0020-02
1 概 述
近年来，我国交通基础设施的建设力度不断扩大，建设规模取得了质的飞跃。高架连续梁桥作为新兴城市基础交通体系中的重要构成部分之一，具有使用性能多元、施工方便迅速、工程造价低廉、以及后续养护简单等多个方面的优点，进而得到了广泛应用。
但同时，随着高架连续梁桥使用经验的不断发展与完善，跨中下扰过大、跨中底板横向开裂、以及顶板底板纵向裂缝等病害缺陷也开始不断凸显，成为影响高架连续梁桥安全运行的最主要问题。
本文即就高架连续梁桥的主要病害以及在维修加固设计方面的关键问题展开探讨，望引起重视。
2 高架连续梁桥主要病害
在高架连续梁桥的实际运行期间，主要可能存在以下缺陷及病害：
第一是跨中下挠。跨中下挠是高架连续梁桥最为常见与典型的结构病害，下挠值的增加可能导致梁体跨中段出现垂直型裂缝，或导致腹板裂缝病害的大量产生，进而影响桥梁结构的整体稳定性与耐久性；
第二是裂缝。高架连续梁桥中裂缝病害的表现形式较多，其中，1/4跨径部位、腹板增厚部位、以及边跨现浇段均为斜向裂缝的高发区域；边跨与主跨合拢段部位相应底板则容易出现腹板竖向裂缝缺陷或横向裂缝缺陷。
除此以外，还有部分高架连续梁桥在外部荷载作用力影响下可能导致桥墩墩顶以及顶板地面出现纵向、横向裂缝，影响桥梁结构的正常使用。
3 高架连续梁桥病害原因
导致高架连续梁桥出现各类病害的主要原因包括以下几个方面：
第一是施工控制力度不严，整体施工质量偏低。包括梁体混凝土浇筑不密实，产生孔洞，或因摸板尺寸控制不严导致超方或少方问题的产生；
第二是梁体开裂进而导致下挠值增加。由于混凝土施工質量或养护不到位，加之受到构造尺寸的影响，导致箱梁梁体出现开裂病害，影响高架连续梁桥结构刚度水平，挠度值也显著增加；
第三是温度因素。即部分高架连续梁桥原有规范中缺乏对温度因素的考量，整体升降温以及温度梯度的产生均会对桥梁主体超静定结构产生影响；
第四是箱梁尺寸设置存在局限。部分高架连续梁桥在原有设计方案中片面追求尺寸的轻薄，缺乏对混凝土性能的估计，进而可能导致裂缝等病害的产生。
4 工程实例
某高架连续梁桥为薄壁柔性墩四跨连续刚构桥，桥面布置为55.0 m+85.0 m+85.0 m+55.0 m，单向部分为预应力结构，单幅桥面宽度为12.0m，设计荷载等级为汽车-超20级，挂车为-120级。
工程前期设计标准为：主桥箱梁结构底板宽度为
6.4 m，悬臂长度为2.8 m，支点梁体高度为4.5 m，跨中梁体高度为2.0 m，梁高以及底板厚均呈二次抛物线式过渡，腹板厚度自跨中部位至支点部位分别为30.0 cm、35.0 cm、40.0 cm、以及
45.0 cm。
4.1 检测情况分析
该高架连续梁桥运行2年后，中跨合拢段～主跨跨径1/4范围内于底板出现明显横向裂缝，腹板部位可见斜向以及竖向两类裂缝。边跨合拢段附近底板可见横向裂缝。
结合本工程前期施工资料认为，病害产生原因有以下几个方面：
第一，设计环节缺乏对混凝土收缩徐变以及温度作用等因素的考虑；
第二，结构自身预应力度偏低，局部腹板尺寸偏小，导致裂缝病害的产生；
第三，沿线车流量大，超重车多，结构受力被动加大。
4.2 加固设计原则
结合本工程实例，在对高架连续梁桥进行维修加固时，加固方案的设计应当遵循以下几个基本原则：
第一，确保满足高架连续梁桥结构极限承载力要求以及高架连续梁桥正常使用的要求；
第二，最大限度的降低高架连续梁桥箱梁法向拉应力水平，将主梁恢复为A类预应力构件；
第三，有效降低高架连续梁桥箱梁腹板主拉应力水平，以合理提高箱梁腹板抗裂能力；
第四，针对高架连续梁桥在实际使用中已经出现的病害进行处理，避免已形成裂缝的进一步发展与扩大；
第五，避免高架连续梁桥的维修加固过程对交通通行产生影响。在被动加固以及主动加固两种加固设计模式下，被动加固仅能够借助于补强材料承受活载作用力以及后加横载内力，但难以对高架连续梁桥结构受力状态产生影响。
故而，本工程加固方案设计应当优先选用主动加固方式，包括体外预应力加固技术、新增有粘结预应力加固技术、以及改变结构体系加固技术这三种类型。
4.3 维修加固措施
在对高架连续梁桥病害进行处置以及加固的过程中，维修加固措施的设计与实施必须综合考虑方案成熟度、施工可操作性、以及运营风险等多个方面的问题。结合本工程案例特点来看，维修加固应选择方案为以体外预应力加固为主，其他主动加固维修措施为辅的整体性维修加固方案。具体维修加固措施可按照如下方案进行设计：
第一，增加体外纵向预应力钢束。在高架连续梁桥箱梁结构内部布设体外预应力钢束，利用体外预应力钢束提高高架连续梁桥整体结构承载力，改善使用性能，以确保主梁结构能够满足本工程汽车超20级、挂车-120级的A类预应力构件要求。单幅桥梁横向设置4束体外预应力钢束，如图1和图2所示。边跨采用15.2 mm钢件，中跨采用15.2 mm钢束，抗拉强度标准值为1 860.0 MPa，张拉控制应力标准值为0.6 fpk，张拉模式为先边跨后中跨、分批对称性张拉方案。除此以外，在本工程箱梁内部应用植筋方式设置转向块以及锚固齿板。结合高架连续梁桥专项构造要求，转向块选型以竖肋式以及块式为主，体外预应力借助于钻孔方式穿过墩顶横隔板，并通过锚固方式与边跨锚固齿板以及墩顶齿板进行固定。
第二，对高架连续梁桥箱梁裂缝进行处理。针对高架连续梁桥在使用过程中关键结构已经出现的裂缝缺陷进行全封闭处理，针对最大宽度不足0.15 mm的裂缝，用树脂封闭胶进行涂刷并封闭，针对最大宽度在0.15 mm及以上的裂缝，则用灌注胶灌缝的方式进行封闭。
本工程中针对边跨与中跨合拢段附近箱梁腹板，采用内侧粘贴钢板的方式改善构件主拉应力水平，以提高箱梁腹板抗裂性能。同时，为增加边跨与中跨合拢段连接刚度，提高底板承载性能，采用于合拢段附近底部粘贴纵向钢板的维修加固方式，同时有效限制合拢段裂缝发展。
4.4 维修加固效果
经上述维修加固设计方案处理后，主梁正截面以及斜截面抗裂强度均能够满足A类预应力构件的基本要求。经针对性处理后，本工程在预计工期内成功恢复通车运营，至今桥梁技术状况良好，未再次出现裂缝病害。
5 结 语
高架连续梁桥在经过长时间的运行后，部分桥梁容易出现跨中下扰过大、跨中底板横向开裂、以及顶板底板纵向裂缝等病害缺陷，对高架连续梁桥结构的安全使用产生不良影响，需及时进行维修加固，以提高高架连续梁桥结构稳定性，延长其使用寿命。本文联合某工程实例，就高架连续梁桥病害与设计时维修加固方案进行研究与论述，望能够引起重视。
参考文献：
[1] 黄绍锋，王秀芬，孟涛，等.城市高架桥维修加固方案的研究[J].公路， 2012，（10）：98-100.
[2] 齐欣.高架桥的常见病害及防治措施[J].城市建设理论研究（电子版）， 2011，（23）.
[3] 许世春.桥梁支座的病害与维修加固[J].山西建筑，2015，（32）：168-170， 171.