城市高架曲线桥病害分析及加固设计

城市高架曲线桥病害分析及加固设计

凌雄进

深圳市市政设计研究院有限公司广东深圳518029

摘要：以某城市高架曲线桥发生的病害为例，评细分析病害产生原因，同时介绍针对病害采取加固措施，对今后城市曲线高架桥设计、加固、施工、养护提拱了参加，具有一定现实意义。

关键词：曲线梁桥；箱梁；病害；加固设计

1概述

某高架桥全长1270m，高架桥分东西两幅桥，东幅桥由14联桥组成，西幅桥由16联桥组成，高架桥上部结构采用预应力等高度连续梁，梁高2.0m，高架桥设计为双向六车道，桥梁梁体横断面为单箱双室构造，桥面宽14.74m。跨度组合为：东10联36.979m+36.979m；西10联38.661m+38.661m；东11联20.505m+37m+51.875m；西11联30.349+36.614+48.293。东10、11联位于半径等于292.62m平曲线上，西10、11联位于半径等于307.38m的平曲线上。共用墩支座采用板式和四氟板式橡胶支座，中间独柱墩、双柱墩顶采用双向活动盆式橡胶支座。

2病害类型

2.1墩柱环向开裂

部分曲线梁分联墩根部曲线内侧或上部曲线外侧存在环向开裂的状况，其中E27-W31东西幅桥共用墩柱开裂最为严重，墩柱根部及上部裂缝呈斜向开裂状况，裂缝最大宽度1.8mm。

2.2梁体相对墩柱滑移

纵向活动支座主要存在上钢板相对下钢盆纵向滑移的现象，纵向滑移最大距离为9.4cm，多向活动支座主要存在上钢板相对下钢盆纵向及横向滑移的现象，纵向滑移最大距离为6.3cm，横向最大滑移距离为17.3cm。

3病害原因分析

该高架桥为特大桥梁，按照《城市桥梁养护技术规范》（CJJ99-2003），养护等级为I等。根据现场检查情况，曲线梁桥分联墩普遍存在墩柱环向开裂的现象，个别墩柱存在弯剪型开裂状况，裂缝最大宽度为1.8mm，根据结构病害的分布及其影响，按照《城市桥梁养护技术规范》（CJJ99-2003），检测单位将该高架桥评定为不合格级。

事故发生后，有关方面立即组织了多方面论证及研讨，设计单位对原来设计图纸进行重新核算，原设计图纸符合当时国家设计标准及设计规范要求。曲线梁桥弯扭耦合、支座受力不均匀受力复杂，其受力机制与直线桥有很大区别，而早期桥梁设计理论和计算软件很难进行精确计算。经计算分析及现场调查该桥产生病害主要有以下二方面原因。

3.1梁端伸缩缝被混凝土残块堵塞

桥梁在气温变化时，桥面有膨胀或收缩的纵向变形，设置桥梁伸缩缝能够适应桥梁温度变化所引起伸缩。当梁端伸缩缝被混凝土残块堵塞后伸缩缝就失去自由伸缩功能，伸缩缝就失去自由伸缩功能后在升温工况下梁体产生轴向力，曲线梁在梁体轴向力作用下会产生径向力，初步判断升温产生径向力通过支座传到下部墩柱是造成墩柱破坏主要原因。

为了证明升温产生径向力通过支座传到下部墩柱是造成墩柱破坏主要原因，用三维有限元软件MIDAS去模拟分析现状桥梁在伸缩缝堵塞工况下升温产生径向力。

图4计算结果显示在梁端自由伸缩工况下整体升温20度E27-W31墩产生255kN径向力，该径向力主要由桥墩门架升温引起。图5计算结果显示在梁端伸缩缝堵塞工况下整体升温20度E27-W31墩产生1416kN径向力，该径向力主要由升温产生主梁轴力引起。该桥墩发现病害正好在一年最热8月份，综上所述伸缩缝堵塞是造成E27-W31墩破坏主要原因。

3.2温度引起累加位移

曲线梁桥由于外侧长度比内侧长使其外侧梁比内侧主梁重，在自重作用下其重心偏向外侧，并偏离主梁剪力中心。在升温时曲线梁桥整体向外侧位移△1，在降温时曲线梁整体向内侧位移△2，由于外侧比内侧重在重力分量作用下△1>△2侧向位移不能完全恢复，经过长年累月积累产生了曲线梁桥向外侧爬移现象。

4加固方案设计

4.1伸缩缝及变形缝处治

伸缩缝堵塞，影响了梁体的自由伸缩变形，应全面检查全桥伸缩缝，对已经被堵塞的，进行清理，并对已损坏的伸缩缝进行更换。

4.2墩梁固结

为限制曲线梁的平面位移，对所有平面位置位于曲线和缓和曲线上的梁采用墩梁固结的形式，一联梁设一处墩梁固结。

4.3限位措施

为了防止曲线梁的纵横向滑移和直线梁的纵向滑移，在未设墩梁固结的桥梁中墩设置限位装置，约束梁体的平面变位。

4.4桥墩加固

对墩梁固结的中墩及裂缝大于0.2mm的分联墩采用截面加大和外包钢板的方法进行加固。将混凝土墩柱加固为钢管混凝土墩柱；柱内浇筑C40无收缩混凝土，用螺栓锚固钢板，在梁底钢板与钢管柱之间焊接钢板靴，形成固结作用。墩柱底与承台也形成固结作用。

5加固效果检测试验

1）对西四号桥开展了55t重车偏载试验，结果表明梁体的抗扭试验结果正常，实测最大转角不能达到支座与梁体间的摩擦角，表明在试验荷载作用下支座与梁体间不会发生相对滑动，相对加固前因W9#墩墩梁固结桥梁整体抗扭性能有所改善。

2）对加固后原开裂较为严重的E27#墩柱测试结果表明：实测墩柱轴向压应变与理论计算值较为接近，说明墩柱竖向受力状况正常。墩柱加固后板参与结构正常受力状况正常，扩大截面法加固能够限制原有裂缝的扩展。

3）E27#-W31#墩柱裂缝扩展监测：实测结果表明在监测周期内E27-1#测点最大应变变化为20με，E27-2#测点最大应变变化为120με，对应裂缝扩展量为0.018mm，裂缝扩展量较小，在本监测周期内，该墩柱的新增截面能够参与受力，有效的限制了裂缝的扩展。

4）通过对分联端梁端施工残渣清除前后及后续4个月的梁体位移监测，结果表明在分联墩梁端施工残渣清除前后，梁体相对盖梁之间存在约束释放，实测梁体相对盖梁最大位移约为6mm，相对变化较大的为W29#墩及W34#墩，实测结果表明原梁端施工残渣的存在限制了梁体的径向变形，采取对梁端施工残渣进行清除的措施对确保梁体自由变形及墩柱正常受力是非常必要的。在分联墩梁端施工残渣清除后，环境整体温度不断降低（从9月至12月），监测结果表明梁体存在往曲线内侧逐步回缩的变形，实测最大回缩变形为7mm，发生在W32#中间墩柱对应部位，梁体变形规律正常。

5结论

1）曲线梁桥受力机制复杂，梁体有向弯道外侧“爬移”的趋势。在设计中应采取措施限制梁体限向位移。

2）要重视桥梁养护工作，加强桥梁日常养护与巡查，对桥梁关键构件伸缩缝要定期清理确保梁体自由伸缩。

参考文献

[1]邵容光.混凝土弯梁桥[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2]孙广华.曲线梁桥计算[M].北京：人民交通出版社，1997.

作者简介

凌雄进（1982-），男，广东湛江市人，工程师。