曲线连续箱梁桥病害分析及加固措施*
黄志斌'²，罗旗帜”
（1.佛山市轨道交通发展有限公司，广东佛山528000：2.佛山市铁路投资建设集团有限公司，广东佛山528000；3.佛山科学技术学院交通与土木建筑学院，广东佛山528000）
[摘要】由于受到弯曲、剪切、扭转的共同作用，常导致曲线连续箱梁桥支座脱空、腹板和固结墩开裂等病害.以某道桥为例，分析了其桥梁病害形成的原因，采取增大支座间距和增加箱梁腹板厚度等加固措施，有效改善了该曲线箱梁桥的承载力和抗倾覆能力.最后，通过桥梁荷载试验验证了该加固措施效果良好.
[关键词】桥梁工程；曲线箱梁；支座；病害；抗倾覆能力；荷载试验
[中图分类号]U445.7 [文献标识码]A
[文章编号】1002-8498（2017）05-0077-03
DiseaseAnalysis and Reinforcement Measures of Curved Continuous Box-girder Bridge
Huang Zhibin' Luo Qizhi²(1.Foshan Metro Co. Lad. Foshan Guangdong 528000 China; 2.Foshan Railay Inestment ConstructionGroup Co. Lad. Foshan Guangdong 528000 China ; 3. School ef Tranusportation and Ciril Engineering&Architecture Foshan Univerrity Foshan Guangdong 528000 China)
Abstract:Because of bending shear and torsion of the joint action the curved continuous box-girdercracking. In this paper the engineering diseases of a curved bridge is analyzed. By increasing the bridge is often caused by the disease. The diseases include the bearing cavity web cracking and pierdistance of the supports and increasing the thickess of the box-girder web the bearing capacity and antia e sad s pe pq a eu pd kaa ae pq a jo kqe uoreinforcement measures have good effect.
Key words ;bridges ;curved box girders; bearings;diseases;anti-overturning ability ; load testing
1工程概况
某立交匝道桥全长280m，其跨径组合为7×（2×20）m预应力混凝土连续曲线箱梁，曲线半径R=60m，荷载等级为公路-1级.桥梁上部结构采用 单箱单室箱形截面，梁高1.4m，箱室顶板宽8.25m、底板宽4.25m，箱梁采用C50混凝土.该桥下部结构采用独柱式桥墩，墩柱直径为120cm，中间墩墩梁刚接，非连续墩设2个双向滑动支座，支座间距为1m，桩基采用钻孔灌注桩基础，墩柱采用C30混凝土，桩基采用C25水下混凝土.该桥桥面铺装为 10cm厚沥青混凝土防水层6cm厚C40混凝土，具体情况如图1所示.
图1桥梁结构示意（单位：cm）Fig. 1 Bridge structure( unit;cm)
3m：③对箱梁和墩柱的裂缝进行封闭.
完毕后，发现该桥出现的病害如下. 该匝道桥上部结构在混土浇筑、预应力张拉
1)固结墩内侧均存在不同程度的水平半环状裂缝，最严重的固结墩裂缝达11条，平均竖向间距25~35cm，个别裂缝宽度达0.25mm，裂缝长为 1/5~3/5墩柱周长.
2）箱梁在预应力钢束张拉完成后即发生扭转和两端水平外移，外移量40-50mm，内侧支座脱空17~20mm.
图3桥梁加固设计示意（单位：cm）Fig.3Bridge reinforcement design( unit;cm)
3.2加固设计分析
0.05mm，缝长为2/3腹板高度，上下未贯通，顺桥向 3）梁段腹板有细微的竖向裂缝，缝宽<裂缝间距4~6m. 各种工况下内、外侧支座反力情况如表1所示，从表中可以看出，该曲线桥在预应力荷载和汽车最不利荷载作用下，会产生使箱梁向外倾覆的扭矩， 使内侧支座脱空，外侧支座严重偏压.但随着支座间距的增大，内侧支座反力从受拉状况（即支座脱空）逐渐转换成受压状况，外侧支座反力逐渐减小，内、外侧支座反力的差值减小，且通过内侧腹板加厚25cm和外侧腹板加厚15cm，该措施有效增强了 箱梁的抗倾覆、抗扭转能力. 2病害成因分析 根据桥梁病害情况并结合实体模型计算分析50MPa，预应力钢绞线抗拉强度为1860MPa， （见图2），其主要计算参数：C50混凝土抗压强度为HRB335普通钢筋抗拉强度为335MPa.对桥梁病害产生原因进行分析，得出该匯道桥原有结构存在以下主要问题：①支座横向间距为1m，尺寸偏小，且连续墩采用单点支撑，导致联端内侧支座脱空；② 支点附近主梁腹板厚度为40em，尺寸偏小，腹板抗扭、剪配筋偏少，结构抗扭、剪承载力不足；③固结墩高度较小、刚度较大，承担了较大抵抗扭矩，导致固结墩内侧开裂. 各种工况下固结墩内、外侧应力情况如表2所示，从表中可以看出，该曲线桥在预应力荷载和汽车最不利荷载作用下，会使固结墩内侧产生拉应力，外侧严重偏压.但随着支座间距的增大，固结 墩内侧从受拉状态逐渐转换成受压状态，内、外侧应力的差值减小，该措施有效改善了固结墩的受力状况，有效控制固结墩裂缝的发展. 4加固效果评价 4.1承载力评价 为了检验加固后的承载力，对该匝道桥进行了桥梁荷载试验.荷载试验选取第2联2×20m预应力连续梁作为试验桥跨，具体检测控制截面为第3跨0.4L处最大正弯矩截面，加载方式如图4所示.3741.6kNm，本次试验弯矩为3615.9kNm，试验 在设计荷载（公路-I级）作用下该截面理论弯矩为荷载效率为0.966. 图2桥梁计算分析模型 Fig.2 Bridge calculation and analysis model 3加固设计与计算分析 3.1加固设计要点 该曲线箱梁顶板内、外侧实测挠度与理论计算测值均比理论计算值小，试验校验系数为0.821，且 挠度比较如图5所示，从图中可以看出，内、外侧实 针对该匣道桥的病害成因分析，其加固设计要点如下（见图3）：①箱梁外弧侧腹板增厚15cm，内 弧侧腹板增厚25cm：②支座横向间距由1m调至 表1内、外侧支座反力 Table 1Reaction force of the internal and external bearing kN工况 内侧 预应力荷载 外侧 内侧 恒载 外侧 内侧 汽车荷载 外例 内侧 恒载汽车荷载 外例支座间距1m 183.7 345.9 88.8 1278.0 509.5 577.2 -598.4 1855.2支座间距2m 支座间距3m -23.9 86.6 240.3 151.7 116.2 232.5 1109.0 1 009.5 -356.4 -284.7 417.1 457.9 240.2 52.3 1566.9 1426.6支座间距3m （腹板加厚） 16.7 136.2 289.2 1 034.3 -266. 5 406.1 22.7 1 440.4 万方数据 表2固结增内、外侧应力 Table 2Stress of the internal and external consolidation pier 工& 预应力荷载 恒载 汽车荷载 恒载汽车荷载支座间距1m 内侧 2.20 1.44 外侧 0.82 内侧 6. 16 外则 内侧 1.76 2.88 外则 内侧 2.58 9.04 外例支座间距3m 支座间距2m 1.59 1.32 0.92 0.76 0.88 0.19 -5.10 -4.41 1.01 0.43 -2.08 1.44 0. 45 0.81 7.18 -5.86支座间距3m 1.41 0.80 1.13 4. 52 0.33 1.26 0. 79 5.78（腹板加厚） 图6实测应变与理论计算应变比较 Fig.6 Comparison between the measured strainand theoretical calculation 图4承载力荷载试验加载示意（单位：cm）Fig. 4Capacity test loading(unit;cm) 实测值与理论计算值曲线的变化趋势一致，实测挠跨比为0.00264/20=1.32×10，远小于设计规范允许的1/600，结构刚度满足规范要求. 图7抗倾覆荷载试验加载示意（单位：cm）Fig. 7 Anti-overturning test loading( unit: cm) 变化情况如图8所示，从图中可以看出，在最不利试 验荷载作用下，内、外侧支座未出现受拉现象，说明该桥梁支座未出现脱空现象，满足抗倾覆要求. 图5实测度与理论计算挠度比较Fig.5 Comparison between the measured deflection and theoretical calculation 该曲线箱梁0.4L处底板内、外侧实测应变与理论计算应变比较如图6所示，从图中可以看出，内、外侧实测值均比理论计算值小，试验校验系数为0.998，且实测应变随荷载效率的增大而线性增大，说明桥梁在该荷载作用下处于弹性工作状态，不存 在开裂现象. 4.2抗倾覆能力评价 图8内、外侧支座沉降 为了检验加固后的抗倾覆能力，对该匝道桥进行了桥梁抗倾覆荷载试验，具体加载方式如图7所示. Fig.8Settlement of the internal and external support （下转第93页） 在抗倾覆荷载作用下，该桥内、外侧支座沉降 会起到好的降低作用. 3结语 万方数据 2.2高湿环境下配合比对水泥胶砂水化特性的影响 （25±1）℃C，5种配合比的砂浆如表1所示，所得试 本组试验环境温度为33℃，人模温度同为验结果如图4所示. 表1试验用水泥砂浆配合比 Table 1The mixture ratio of cement mortar for testing 编号 水泥 水 FA 胶酸高 效减水剂 缓凝剂1 200 600 09 0 0 02 3 142 142 600 600 09 60 58 58 2.00 0 0 04 5 142 142 600 600 09 60 58 58 2.00 2.00 0.05 0.08 图4加缓凝剂的胶砂水化温度与时间关系Fig. 4The hydration temperature-time curvesof glue sand by retarder 表2不同配合比对水泥特性的影响Table 2 Effeet of different mixture ratios on cement performance 编号 'n/h T..C Q(1d)/(Jg) Q(3d)/ (Jg)1 2 9.0 9.0 47.2 43.0 165.77 231.91 236.50 180.603 4 15.5 21.0 42.9 43. 1 161.17 151.99 188.46 200.595 28.0 41.9 80.58 180. 82 注：表示出现最高温度时间，T表示曲线的最高温度，0（1d） 表示第1天放热量，Q（3d）表示第3天放热量 由图4及表2可知，在较高的环境温度下，掺加一定量的粉煤灰能降低水化热的最大温峰，添加聚羧酸高效减水剂及掺加少量的缓凝剂会使出现最时，水泥水化的速率降低，即单位时间内放出的热 大温峰值的时间推迟，但是在缓凝剂达到一定掺量量减少，因此温峰会降低并延迟出现. 与粉煤灰的水泥砂浆，与空白水泥砂浆相比，其温 在环境温度较低条件下，掺加聚羧酸减水剂 参考文献： （上接第79页） 5结语 参考文献： 峰出现时间推迟13-14h，但若环境湿度升高，由于散热受阻，其温峰出现时间有所提前，粉煤灰与聚羧酸高效减水剂降低温峰及水化热、延迟温峰出现时间的作用减弱.所以降低环境温度或者降 低混凝土拌合物的温度对水泥的水化过程有很大影响. 在高温环境下，将适当缓凝剂与聚胶酸高效减水剂复合使用时，可进一步延迟温峰出现时间，降低水化热. [1]昌林女，何水佳，丁庆军，等，多组分水混基材料的水化放热[2]温小栋，马保国，许水和，等，环境温度下重糖类缓凝剂对票 行为[1].水泥，2004（9）：1-3.体性能的影响[J]，江苏大学学报（自然科学版），2009（2）：[3]未伯芳，大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中 205-208.国水利水电出版社，2012.[4]陈川，冷洁，那添，等，水灰比和低温环境影响的水混水化放 热计算模型[J].混凝土，2015（1）：21-24 31.[5]王甲春，闻培输，韩建国，很极土绝热温升的实验测试与分析[6]向佳瑜，余保英，李红做，硅灰掺量对超硫酸盐水泥水化进程 [1].建筑材料学报，2005（4）：446-451.的影响[J].施工技术，2015 44（3）：89-92. 曲线连续箱梁桥因其支座间距偏小、腹板厚度偏小等原因，在预应力张拉后，桥梁内侧支座出现脱空，箱梁腹板和固结墩内侧出现开裂现象.通过 增大支座的间距和增加箱梁内、外侧腹板的厚度，有效改善了该曲线箱梁桥的承载力和抗倾覆能力.通过桥梁荷载试验，验证了该桥梁加固措施效果良好. [1]钱小光.预应力曲线箱梁桥支座病害成因分析[门].铁道建[2]叶锡购，安关峰，周期阳，预应力混发土连续箱梁桥加固方案 筑，2012(8)：32-34.及效果评价[J].施工技术，2014 43（4）：20-23.[3]黄龙田，李载宁，某独柱式臣道奇桥病害分析和加固改造 [J].城市道桥与防洪，2011（2）：60-62.[4]王文龙，吴海军，童壮壮，支座布置形式对曲线梁桥抗顿覆能[5]王项.独柱墩连续箱量桥抗倾覆稳定性验算和分析[].公路 力的影响[J].中外公路，2015 35（5）：197-200.交通技术 2015（4）：111-115.[6] 罗族帜，杜嘉试，吴幼明，等，连续曲线箱梁模型试验研究 [J].实验力学 2006 21（4）：502-512.[7]孔祥勇，小半径曲线箱梁独柱墩臣道桥荷载试验研究[J].[8]交通部公路研究所.大爵径混土桥梁试验方法[M].北京： 中外公路，2012 32（4）：141-144.人民交通出版社，1982.
