1、淺析某在役城市立交橋的加固設計研究 摘要：基于現代城市交通日益繁忙及對某城市立交的病害調查，分析了該立交裂縫損傷產生的主要原因。通過詳細地對原結構橋梁的應力狀態分析，所設計的加固方案可以有效地改善部分截面主拉應力已經接近混凝土抗拉強度臨界值，有效提高橋梁的承載能力。本次加固設計研究，可供同類結構設計參考。關鍵詞：立交橋 裂縫 計算分析 加固設計1 項目概況現狀互通式立交主橋上跨孫坂路，主線橋分左右兩幅，上部結構為現澆鋼筋混凝土連續梁，結構形式為 17m+25.5m+17m 三跨連續箱梁，斜交角度為135度，重力式U型橋臺。右幅（內）為單箱單室，面寬 11.75m，底寬 5.15m；左幅（外）為

2、雙箱單室，面寬 15.75m，單片梁底寬 3.5m，梁體中心高度均為 1.3m。橋面凈寬 28.5m，橋面橫坡為 3%。 原設計荷載為汽車-超 20 級，掛車-120，于一九九七年六月竣工。箱梁構造示意圖如下圖 1.1-1.2 所示。 圖 1.1 主線橋左幅箱梁構造示意圖圖 1.2 主線橋左幅箱梁構造示意圖 2 橋梁主要病害及原因分析該立交橋于1997年建成通車，已投入運營10多年。在各種因素的影響下，兩幅橋上部箱梁出現較多裂縫，且多處裂縫超過限值，寬度0.3mm以上的裂縫有148條，最大裂縫寬度達到1.1mm，8個支座處也出現不同程度的裂縫，以及多處砼剝落、鋼筋銹蝕等等，主梁混凝土回彈強度大

3、于60Mpa，技術狀況評定該立交為三類橋。 照片1 裂縫 照片2 鋼筋銹蝕 照片3 腹板裂縫 照片4 露筋 嚴重銹蝕 照片5 支座變形 照片6支座開裂依據病害調查報告書中顯示裂縫的形狀和分布形式兩方面分析，該立交橋箱梁裂縫產生的主要原因如下：（1）使用荷載超限。隨著城市道路運輸量的大幅增加，車輛荷載的超限現象非常普遍，貨運機動車單車重量已遠遠超過當時設計規范的設計值，這將直接導致橋梁關鍵部位承受超過設計允許的荷載而使梁體出現較大裂縫，因此該立交橋腹板等部位出現較多裂縫與大量超載車輛通行有直接的關系。（2）鋼筋銹蝕。由于普通鋼筋混凝土本身是帶裂縫工作的，加上周邊空氣濕度等外界因素的影響，部分保護

4、層厚度不夠的鋼筋就會產生銹蝕，使原本未超標的裂縫繼續擴大，給橋梁帶來各種病害。 3 原結構復算及現狀結構結構檢算3.1 原結構按原設計規范復核計算由于該立交橋沒有施工過程檢測的紀錄且已建成運營10余年以上，因此依據原施工圖所確定的結構尺寸及普通鋼筋配置等設計資料，不考慮結構的裂縫、損傷等影響，考慮到原施工圖設計是采用公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范 JTJ 023-85規范，因此本次也采用此規范進行了成橋、 運營階段的復核計算。1）原結構抗力驗算結果如下：承載能力極限狀態驗算見下表所示：連續箱梁截面極限承載能力抗彎驗算截面位置計算彎矩Mj（kN.m）抗力MR（kN.m）是否滿足富余量邊

5、跨跨中804015800是49.1%中跨跨中1240015800是21.5%橋墩支座附近-10600-11900是10.9%連續箱梁截面極限承載能力抗剪驗算位置計算剪力Qj（kN）抗力QR（kN）是否滿足富余量橋臺支座附近18103470是47.8%橋墩支座附近31903470是8.0%驗算結果表明，原橋梁設計截面抗彎和抗剪滿足橋規 （JTJ 023-85）要求。2）原結構變形驗算： 驗算結果表明，在掛車荷載作用下連續箱梁結構變形，邊跨最大為 2.0mm，中跨 最大為 4.0mm，變形滿足橋規 （JTJ 023-85）要求。3）原結構持久狀況構件應力驗算： 正常使用狀態下，原結構計截面應力計算

6、結果如下，計算應力包絡圖如下圖 正常使用狀態應力包絡圖原結構持久狀況構件控制截面應力驗算結果如下表所示：正常使用狀態下控制截面應力驗算結果截面位置混凝土主壓應力（Mpa）混凝土主拉應力（Mpa）受拉區鋼筋應 力（Mpa）受壓區鋼筋應 力（Mpa）是否滿足受力情況邊跨跨中4.64-0.88-30.912.4是彎拉應力大中跨跨中8.75-0.58-85.834.3是彎拉應力大橋墩支座附近11.38-2.24-138.045.6是剪應力大驗算結果表明，構件截面砼應力滿足橋規 （JTJ 023-85）要求。4）原結構持久狀況構件抗裂驗算：原結構持久狀況構件控制截面抗裂驗算結果如下表所示：正常使用狀態下

7、控制截面抗裂驗算結果截面位置長期荷載裂縫（mm）裂縫寬度限值（mm）是否滿足受力情況邊跨跨中0.080.2是下緣受拉中跨跨中0.1390.2是下緣受拉橋墩支座附近0.1380.2是上緣受拉由以上檢算結果知，原結構符合鋼筋混凝土構件設計要求。3.2 結構現狀模擬檢算由于客觀條件的限制,橋梁結構實際承載能力只能依靠橋梁結構表觀裂縫損傷調查結果進行假定。根據該立交橋梁體的損傷及開裂狀況，假定按結構抗力損失 10計算。經過折減之后，檢算結果見下表所示：考慮折減連續箱梁截面極限承載能力抗彎驗算截面位置計算彎矩Mj（kN.m）抗力MR（kN.m）是否滿足富余量邊跨跨中804014220是43.5%中跨跨中

8、1240014220是12.8%橋墩支座附近-10600-10710臨界1.0%考慮折減連續箱梁截面極限承載能力抗剪驗算位置計算剪力Qj（kN）抗力QR（kN）是否滿足富余量橋臺支座附近18103123是42.0%橋墩支座附近31903123否-2.0%以上驗算結果表明，現階段橋梁橋墩支座附件截面抗彎和抗剪富裕不足，不滿足橋規（JTJ 023-85）要求，必須進行加固處理。按原設計狀況并考慮截面失效 10的損傷和折減，現階段截面混凝土應力計算結果如下：考慮折減連續箱梁截面應力驗算結果截面位置混凝土主壓應力（Mpa）混凝土主拉應力（Mpa）受拉區鋼筋應力（Mpa）受壓區鋼筋應力（Mpa）是否滿足

9、受力情況邊跨跨中5.104-0.968-33.9913.64是彎拉應力大中跨跨中9.625-0.638-94.3837.73是彎拉應力大橋墩支座附近12.518-2.464-151.850.16臨界點剪應力大通過一系列計算分析，箱梁在考慮損傷的情況下，承載能力以及正常使用狀態下仍然滿足橋規（JTJ 023-85）要求，但部分截面主拉應力已經接近混凝土抗拉強度臨界值，如果裂縫繼續發展，橋梁將出現嚴重安全隱患，必須進行加固處理。4 加固方案及評定4.1 加固處理原則針對該立交橋的病害現狀及裂縫成因分析，且對各類加固措施反復比選后，確定以下加固處理原則：箱梁裂縫出現較多，對箱梁梁底出現貫穿性通長縱裂

10、，且伴有滲水 結晶現象，或0.2mm 裂縫密集者，認為結構可能從中“一分為二”，此時， 對裂縫采用“壁可法”注漿封閉處理后再貼 300g/m2 的碳纖維布，阻止裂縫的進一步發展，提高箱梁承載能力。對0.10mm的裂縫進行封閉處理，對0.10.2mm 的裂縫采用“壁可法”進行注漿封閉處理，并加強日常觀測、養護。4.2 加固方案擬定根據以上處理原則，筆者經過多方研究必選，擬定以下加固方案：1）對全橋底板加固，先對裂縫采用“壁可法”注漿封閉處理后再滿貼300g/m2 的碳纖維布，纖維方向為縱向；2）對1#和 4#橋臺處3m 段箱梁腹板加固，先對裂縫采用“壁可法”注漿封閉處理后再貼300g/m2的U型

11、碳纖維布，纖維方向為豎向和橫向，靠近翼緣底板處采用50cm縱向壓條。3）對2#和3#橋墩處左右各4m段箱梁腹板加固，先對裂縫采用“壁可法” 注漿封閉處理后再貼 6mm 厚 4×20cm 寬鋼板（N1），N1鋼板條方向為縱向，再在N1鋼板上貼 6mm厚15cm 寬鋼板（N2），間距為 40cm，N2鋼板粘接方向為豎向傾斜45度。4.3 維修加固設計主要措施（1）對存在病害的8個支座采用更換支座的方法處理。在統一指揮下所有千斤頂慢慢用力整體頂起梁體，各千斤頂每次頂升23mm， 各千斤頂的頂升量相對高差控制在0.5mm以下，使梁體離開原支座10mm左右時，立即在蓋梁與梁體間增設若干個鋼筋混

12、凝土預制塊，以增加接觸點和面積，提高頂升系統穩定性，確保橋梁整體安全。（2）對箱梁中出現的裂縫進行如下處理：1）、清理裂縫寬度在0.1mm以上的裂縫，沿裂縫深度鑿除裂縫表層混凝土，以露出新鮮混凝土為宜，對其它所有要處理的裂縫，沿縫鑿成24mm，寬46mm的V型槽，并鑿毛裂縫內混凝土表面。2）、埋設灌漿嘴清縫處理后，用膠泥騎縫埋設、粘貼灌漿嘴，灌漿嘴的間距沿縫長依縫的寬窄以3540cm為宜，原則上寬縫可稀、窄縫可密，但每一條裂縫至少須各有一個進漿孔和排氣孔。3）、封縫對壓漿區域的裂縫，無論縫寬大小，原則上都應同時封閉，以防裂縫相互貫通而跑氣跑膠。沿縫長先涂一層基液，待膠泥初凝后，再抹上一層膠泥，

13、并除氣泡抹平，待膠泥初凝后，表面用基液涂刷二層。4）、密封檢查(氣檢)封縫材料固化后，沿縫涂刷一層肥皂水，并從灌漿嘴中通入氣壓為0.2MPa 的壓縮空氣，檢查縫的密封效果。對漏氣部位進行補封處理。5）、灌漿(1)灌漿材料配制：采用環氧水泥漿。(2)灌漿工藝：啟灌之前，先接通管道，打開所有灌漿嘴上閥門，用氣壓為0.2MPa以上的壓縮空氣將管道及裂縫吹干凈。灌漿順序自下而上，由一端向另一端依次連續進行。灌漿壓力以0.20.4MPa為宜，壓力逐漸升高，防止驟然加壓使裂縫擴大。（3）對箱梁采用粘貼鋼板法和粘貼碳纖維布法加固處理。（a）粘碳纖維布加固粘貼面需整平,轉角處打磨成園弧狀,保持清潔及干燥；涂底

14、膠 (A級)、用整平材料找平；粘碳纖維布:涂抹A級浸漬型膠,用特制的滾筒沿纖維方向擠除氣泡,并使膠充分浸透碳纖維布，沿纖維方向的搭接長度不得少于200mm，碳纖布外粘粗砂，外粉25mm厚M10水泥砂漿。（b）粘鋼加固首先要求基面平整,干凈;在植筋位置處梁(柱)及鋼板預鉆孔;將處理好的鋼板或型鋼按圖紙要求粘貼于構件基面上;植筋;灌膠；鋼板表面粘粗砂一層, 外粉25mm厚M10水泥砂漿。 加固斷面示意圖4.4 加固后承載能力評定對需用鋼板加固以提高承載能力，按現行混凝土結構加固設計規范GB50367-2006 第 10.2.310.2.6 條規定進行計算，其截面加固計算結果見下表。加固后承載能力評

15、定表截面/內力設計內力Mj（Qj）加固后抗力MR（QR）加固后是否滿足富余量邊跨跨中彎矩（kN.m）804016353是50.8%中跨跨中彎矩（kN.m）1240016353是24.2%橋墩支座附近彎矩（kN.m）-10600-13388是20.8%橋臺支座附近剪力（kN）18103591是49.6%橋墩支座附近剪力（kN）31903904是18.3% 該立交橋的加固設計大大有效地改善了部分截面主拉應力已經接近混凝土抗拉強度臨界值，有效提高橋梁的承載能力，且在規范要求范圍內，本加固方案均能滿足現行橋梁規范要求，并保留有一定的安全儲備。5、結束語近年來，由于城市建設的迅速發展，出現越來越多的城市橋梁病害，在役橋梁結構的加固設計是一項極其復雜的工作，需要結合橋梁結構實際病害的調查結果，制定合理的加固方案，并對加固前后橋梁的應力狀態進行全面的計算分析。橋梁損傷狀況的檢測和評定是進行橋梁加固設計的基礎