一、橋梁概況
某連續(xù)剛構(gòu)橋建成于1997年，跨徑組成為140+240+140，橋梁凈寬21.5m；設(shè)計荷載：汽-超20級，掛-120、人群-3.5KN/m2；箱梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，采用單箱單室截面，頂板寬22m，底板寬11.5m。箱梁跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高4.0m，箱梁根部及0號梁段梁高13.5m。主墩采用雙薄壁墩身，群樁基礎(chǔ)。
主橋箱梁頂板束采用φj15.24-25鋼絞線，設(shè)計張拉噸位4888KN，底板束和臨時束采用φj15.24-19鋼絞線，設(shè)計張拉噸位3715KN?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束均采用兩端張拉方式。頂板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束均采用φj15.24-4鋼絞線，逐根單端張拉，張拉端與錨固端以間距50cm交錯布置。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用直徑32mm的高強精軋螺紋鋼及相應(yīng)YGM型錨具和YGL型連接器。
二、橋梁主要病害
1、主跨跨中較設(shè)計值下?lián)狭窟_到31.7?，并仍然在持續(xù)發(fā)展。
2、主跨跨中段箱梁底板底面裂縫橫向貫通底板，箱梁頂板底面縱向裂縫較多，上、下游腹板與底板交界處均發(fā)現(xiàn)3?寬縱向裂縫，80～160m范圍內(nèi)上、下游腹板斜裂縫共32條，裂縫寬度均超過規(guī)范允許值。
3、箱梁根部及跨中段漏水較嚴(yán)重，跨中部分區(qū)域長期積水。
4、兩邊跨端部箱梁頂板裂縫較多，端橫隔板裂縫較多。
5、在整個主橋范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)頂板在距腹板30～100?范圍內(nèi)存在較多縱向裂縫，其在縱橋向的分布沒有規(guī)則。
6、箱梁內(nèi)部分區(qū)域發(fā)現(xiàn)保護層偏薄、露筋現(xiàn)象，部分外露的鋼筋已發(fā)生銹蝕。
三、病害產(chǎn)生原因分析
1、 主跨跨中下?lián)?br />
目前國內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)（梁）橋存在主梁跨中下?lián)线^大問題，下?lián)系闹饕螂m各不相同,但也有一些共同點。如混凝土的收縮徐變計算方法，由于影響因素復(fù)雜，至今沒有一種準(zhǔn)確的計算方法，從國內(nèi)目前的實踐情況看，徐變的終止時間也非三年結(jié)束，與混凝土的配合比、施工環(huán)境及各種添加劑等有相當(dāng)關(guān)系，另外預(yù)應(yīng)力的效率也因管道壓漿不能飽滿而與計算值有相當(dāng)差異，這些問題至今仍未解決。目前設(shè)計中解決的對策是將理論計算的撓度值另加一項約0.8～1.0‰L（跨徑）的經(jīng)驗值，以此作為預(yù)拱度值，以適應(yīng)橋梁在運營期間跨中下?lián)蠁栴}，并且以此換來一定的“上拱”值。
本橋受當(dāng)年大跨徑連續(xù)剛構(gòu)（梁）橋設(shè)計趨向影響，縱向頂板索為直線索未設(shè)計下彎索，該設(shè)計思想在后來的實踐中被證實其對主梁下?lián)系囊种谱饔眯Ч^差，近幾年已很少采用該法，特別是在特大跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中采用該法更是寥寥無幾。本橋頂板束的配置略偏少，雖然驗算結(jié)果跨中應(yīng)力儲備還在較理想范圍（采用了較多的連續(xù)鋼束），但由于頂板索的配置數(shù)量相對較低，這樣對主梁的下?lián)弦种谱饔貌患选?br />
從檢驗報告結(jié)論中回彈法測試得到箱梁混凝土強度推定值為：40.7MPa，而設(shè)計為50號混凝土，混凝土強度不足也是主梁下?lián)系囊粋€因素。
2、主跨跨中箱梁底板裂縫
中跨合攏段底板上的橫向裂縫寬度達到0.3mm，由于該類型裂縫主要發(fā)生在合攏段，從計算情況看跨中在最不利組合下未出現(xiàn)拉應(yīng)力，并且相應(yīng)的腹板上并未出現(xiàn)裂縫，因此推斷：3m范圍內(nèi)的裂縫應(yīng)該是在施工過程中產(chǎn)生的，是由于養(yǎng)生措施不到位而產(chǎn)生的收縮裂縫，或在合攏束未張拉前溫度影響等原因造成，應(yīng)為非結(jié)構(gòu)裂縫。
3、箱梁頂板裂縫
根據(jù)檢驗報告，頂板裂縫有橫橋向裂縫及順橋向裂縫。橫橋向裂縫出現(xiàn)在德感側(cè)邊跨0～10m段上游側(cè)，最大縫寬0.5mm，長度達4.3m，計算結(jié)果顯示在此范圍內(nèi)頂板壓應(yīng)力儲備偏低，因此判斷該類型裂縫為頂板抗彎不足所致。順橋向裂縫出現(xiàn)在主跨跨中合攏段，基本呈貫穿合攏段的趨勢，最大縫寬0.2mm，通過對橋面板橫向分析計算，橋面板跨中橫向應(yīng)力滿足要求，根據(jù)裂縫位置和開裂程度，初步判斷開裂原因為混凝土收縮徐變所致。
4、腹板斜向裂縫
本橋腹板上的斜裂縫為典型的主拉應(yīng)力裂縫，通過驗算本橋的豎向預(yù)應(yīng)力配置，按目前的經(jīng)驗看偏少，我們分別按豎向預(yù)應(yīng)力作用100％、50％和0％三種作用效率進行分析，結(jié)果主拉應(yīng)力分別為0.9MPa、2.3MPa、3.7MPa。從目前應(yīng)用的精軋螺紋鋼錨固體系及施工質(zhì)量來看，設(shè)計計算趨向于只考慮豎向預(yù)應(yīng)力50％或30％的有效性，故本橋的主拉應(yīng)力超限可能性很大，加上縱向頂板鋼束沒有設(shè)置下彎，對主拉應(yīng)力的控制沒有起到作用。
四、橋梁加固內(nèi)容及要點
為確保該橋的耐久性及安全運營，必須對其進行加固處理。結(jié)合此橋現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)計算情況以及裂縫分布的基本狀況，提出以下加固設(shè)計目標(biāo)及措施。
1、 加固設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)
設(shè)計荷載：汽-超20級，掛-120、人群-3.5KN/m2；
2、 主要加固設(shè)計目標(biāo)
（1）適當(dāng)改善主橋的橋面線形，緩和跨中下?lián)犀F(xiàn)象；
?。?）提高箱梁頂板橫向抗彎能力，抑制裂縫的擴展；
?。?）加強腹板截面抗剪能力，抑制裂縫的擴展；
3、 增設(shè)體外縱向預(yù)應(yīng)力鋼束
預(yù)應(yīng)力束設(shè)置在主橋中跨，兩端分別錨固于兩零號塊橫隔板邊跨側(cè)。整個中跨共設(shè)置12根19Φ15.2mm的體外預(yù)應(yīng)力鋼束，每個腹板對應(yīng)6束，通過四個轉(zhuǎn)向塊分三批進行下彎，下彎角度分別為9.1°、7.6°及5.7°。第一個轉(zhuǎn)向塊設(shè)置于第16個懸臂澆筑梁段頂板底面；第二個轉(zhuǎn)向塊設(shè)置于第22個懸臂澆筑梁段頂板底面和底板頂面，中間通過窄腹板連接；第三個轉(zhuǎn)向塊設(shè)置于第26個懸臂澆筑梁段，并從頂板底面連通至底板頂面；第四個轉(zhuǎn)向塊設(shè)置于第26個懸臂澆筑梁段底板頂面，錨下控制應(yīng)力為1116MPa。
五、加固效果的理論分析與比較
因本橋設(shè)計于1995年，當(dāng)時所采用橋規(guī)為《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ021－89）及《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTJ023－85），故加固前后驗算均依據(jù)舊規(guī)范執(zhí)行。
1、加固前、后計算分析比較
為了便于對主橋加固前后的應(yīng)力、受力及變形情況進行比較，現(xiàn)將主要計算結(jié)果列于下表。
項目
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加固前
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加固后
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規(guī)范允許值(MPa)
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結(jié)構(gòu)抗力(kN.m)
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中跨跨中下緣最小正應(yīng)力(MPa)
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2.53
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7.27
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0.0
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中跨跨中上緣最小正應(yīng)力(MPa)
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4.70
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4.91
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0.0
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L/4附近最大主拉應(yīng)力(MPa)
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-3.22
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-2.66
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-2.4
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最大主壓應(yīng)力(MPa)
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17.7
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17.4
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21.0
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跨中最大彎矩(kN.m)
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164692
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111541
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385056
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支點最小彎矩(kN.m)
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-4990125
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-4714293
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-4901199
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加固后跨中位移(cm)
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5.34↑
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注：1、表中所列最大主拉應(yīng)力為豎向預(yù)應(yīng)力按50%考慮時的計算結(jié)果；
2、表中所列結(jié)構(gòu)抗力值已按《公路舊橋承載能力鑒定方法》進行折減，折減系數(shù)為Z1=0.95。
2、計算結(jié)論
由上表可知，加固后結(jié)構(gòu)受力得到了明顯改善，體現(xiàn)在下述幾個方面：
1、支點截面及跨中截面的極限承載能力安全儲備提高；
2、跨中截面下緣的應(yīng)力儲備提高了約4.7MPa；
3、主梁的最大主拉應(yīng)力降低約0.6MPa；
4、加固后，理論上主梁跨中將向上產(chǎn)生約5cm的位移。
六、結(jié)語 對連續(xù)剛構(gòu)橋加固設(shè)計采用體外預(yù)應(yīng)力索，并通過設(shè)置轉(zhuǎn)向板來適應(yīng)預(yù)應(yīng)力索轉(zhuǎn)向，使橋梁受力明確、安全，對抑制跨中下?lián)希纳浦髁褐c及跨中應(yīng)力狀況，起到明顯的作用。
