增江大橋病害分析及加固

1、增江大橋病害分析及加固摘要：增江大橋是50年代修建的一座舊橋，下部為木群樁基礎，上部為構加掛梁結構，設計荷載標準低，出現(xiàn)了較嚴重的病害。通過對該橋梁結構的病害進行了檢查和分析，提出了同時采用外部粘貼纖維薄板法、體外預應力法及增大主梁截面法等多種加固方法的綜合應用，達到了提高設計荷載等級的效果。關鍵詞：舊橋；病害分析；加固1概述增江大橋位于廣州市增城境內，屬于國道324的原廣汕線主干通道，于1957年建成并投入運營，但加固前已無任何歷史資料可尋，只能以實測鑒定作為設計依據(jù)。該橋原設計荷載等級為汽-10級，掛-60，人群荷載2.5/2，橋面凈寬為凈7+20.75，跨徑組合為12.6+733.0+1

2、2.6，全長256.2。上部結構是雙懸臂連續(xù)梁帶掛梁結構組成的普通鋼筋砼梁式橋，橫截面為2片梁，中間以橫隔板連接，其立面布置見圖1(圖中加固架為加固后設置)。下部結構為木群樁，雙柱式橋墩。隨著廣州東部經(jīng)濟的快速發(fā)展，該橋長期處于超載運行狀態(tài)。圖1 橋梁立面圖（單位：cm）2病害調查與分析1999年11月進行了全橋現(xiàn)狀檢查和主跨的橋梁動載試驗檢測。2.1下部結構（1）木群樁基礎：由于下游長期挖砂，已致使主航道橋墩下的木群樁均暴露于空氣中12。其中，3#、4#、5#、6#等4個水下墩較為嚴重，最嚴重處外露約2.2。（2）墩、臺：經(jīng)現(xiàn)場抽芯檢驗，墩、臺的砼強度普遍較低，平均約17.0mpa，同時發(fā)現(xiàn)

3、局部砼表面有剝落現(xiàn)象。2.2上部結構（1）主梁跨中腹板底部約1范圍內有兩條橫向貫通裂縫（縫寬約0.30.5）。全跨其他位置也出現(xiàn)多條貫通梁底寬的橫向微裂縫（約80余條， 間距約1020，縫寬約0.18）。（2）主梁外側距兩邊支座約8處，各有兩道約3545的斜裂縫（裂縫最大寬度約0.15），裂縫自翼板根部延伸至主梁腹板底。主梁靠近兩邊支座處，自翼板根部向下延伸3條裂縫（裂縫長100120，最大縫寬約0.13）。（3）橋面鋪裝層下有數(shù)條貫通橋面砼板的裂縫（最大縫寬約0.28）。該橋面瀝青鋪裝層已滿布坑槽，伸縮縫處連接不順，伸縮縫被雜物填充，已基本失效。（4）橋面動荷載試驗跨中撓度實測結果較大，各種

4、工況下的最大撓度為1.523。2.3主要病害原因引起主梁跨中、支座處頂部等位置橫向裂縫的主要原因是該橋的實際通行車輛已大大超過了原設計荷載等級，導致梁底彎曲，正彎矩過大，部分薄弱位置超過混凝土拉應力而開裂。支座兩側斜裂縫（3545）的產(chǎn)生是由于通行車輛超過設計標準后支座位置處混凝土剪力過大，形成剪應力破壞。同時，由于支座采用油毛氈，其彈性、延性等都比橡膠支座差，限制了主梁的伸縮變位，引起了附加內力。同時橋面的不平順，又加大了行車荷載對梁體的沖擊力，從而加快了主梁的損壞。3橋梁加固該橋是五十年代建造的舊橋，設計標準低，經(jīng)過四十多年運營，已出現(xiàn)了較為嚴重的病害。經(jīng)分析，本次加固不僅要對病害進行處理

5、，還必須提高其承載能力，才能適應目前的車輛荷載。3.1木群樁基礎加固對病害較嚴重的3#、4#、5#、6#4個水下墩，先進行樁基加固。在每墩舊承臺下分別對稱施工設置4根水下砼灌注樁，再在其上設鋼筋砼加固平臺，托起舊承臺（新、舊承臺之間通過埋管壓漿緊密連在一起）。加固后，原有3#墩的局部微傾現(xiàn)象得到了糾正，達到了糾偏加固目的。另外，對1#、2#、7#、8#等陸上墩分別采用漿砌片石護坡進行防護。3.2上部構造加固上部構造梁體采用了體外預應力模式，并采用了粘貼碳纖維薄板的復合加固方法，以提高橋梁結構的承載力和抗裂性，有效改善結構的應力狀態(tài)。3.2.1設置加固架為減小梁體跨中撓度，采用改變支座支點減小凈

6、跨距的梁體受力體系轉換法。墩頂采用了加固架，在本橋所有橋墩（2#8#墩）都設置了八字支撐架支撐主梁（圖2），0#臺9#臺沒有設置。此舉改變了結構的受力體系，使一跨由原來的兩點支承變?yōu)樗狞c支承或三點支承（橋臺沒有設置八字支撐架，故兩邊跨為三點支承）。圖2 加固架設置3.2.2增大截面在每條梁肋的支座位置，每隔36cm鑿槽一道，槽內插入剪力鋼筋（32），共計10根，使鋼筋直接參與抗剪。如折算為混凝土受剪面積，則整體抗剪能力大大增加，從而有效防止支座附近因抗剪強度不夠而產(chǎn)生的3545的斜裂縫。另外，鑿除原橋面瀝青砼鋪裝，橋面重新滿布鋼筋，并與上述受剪鋼筋連接，澆筑c40砼。3.2.3體外預應力加固構

7、懸臂體外預應力的力學原理與無粘結預應力基本相同，兩者的區(qū)別主要在于體外預應力鋼筋與結構一般不直接接觸，而是通過錨具和轉向塊作用于結構上。一般的布筋形式有折線型或直線型，本工程采用折線型，如圖3所示。圖3 體外預應力束布置圖結合加固后橋梁結構的工作性能，按加勁梁組合結構計算預應力筋在外載作用下的應力增量，按無粘結部分預應力混凝土結構計算抗裂性，按鋼筋混凝土構件計算撓度。（1）根據(jù)梁的控制截面的抗彎強度確定體外束面積。舊橋的承載力為汽車-10級，設定加固后橋梁所要達到的承載能力為汽車-20級，加固前后梁的承載力差值為251.7knm。根據(jù)此差值，初步估算每片梁采用4根25mm鋼筋，a=5.6cm2

8、。（2）計算控制應力以及應力增量。因體外預應力筋的預應力損失比有粘結預應力混凝土梁預應力筋要小，所以體外束的張拉控制應力應適當降低，以避免體外束長期處于高應力狀態(tài)下工作，改善加固體系結構的受力狀態(tài)。用體外束加固的簡支梁，對加固后的混凝土梁截面應力驗算時，考慮了由活載引起的體外束中的應力增量。3.2.4粘貼纖維薄板碳纖維復合材料（carbon fiber reinforced plastic）加固修復水泥混凝土結構是近年來一種較新穎的加固技術。該技術是將碳素纖維薄板這種高性能纖維結構應用于土木工程，利用樹脂類材料粘貼于結構或構件外表面，形成復合材料體cfrp，通過其與結構或構件的協(xié)同工作，達到補

9、強加固及改善受力性能的目的。加固修復混凝土結構碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十幾倍，而彈性模量與鋼材相當，且施工性能與耐久性良好，是一種比較理想的加固修復材料。配套樹脂則包括底層樹脂、整平材料及粘貼樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量，而后者的作用則使碳纖維與混凝土形成一個整體，共同工作。在碳纖維加固施工中，纖維布與混凝土表面的粘結質量直接影響加固的質量和效果。因此，須嚴格控制施工質量。（1）表面打磨平整，并清理干凈。在梁轉角處打磨成150mm的圓弧，并且用整平材料處理平滑，防止碳纖維在折角處產(chǎn)生應力集中。裂縫必須用填縫膠灌實。（2）由于梁混凝土表面部分出現(xiàn)剝落、蜂窩等現(xiàn)象，在打磨清理后

10、，表面不平，注意不得用高標號砂漿修補，必須先涂底膠后用專用料fe修平，以確?；椎睦喂?。（3）控制涂膠的厚度和均勻性，以保證膠能浸透碳纖維布，均勻涂膠，保證粘貼的緊密性。如局部出現(xiàn)空鼓，可用針管注膠修補。（4）樹脂膠均為甲、乙料配制而成，在使用中充分注意樹脂膠的固化時間，施工中嚴格按說明書要求操作。（5）對于長度大于3m的碳纖維采用分段粘貼的形式，并做好搭接標志，保證碳纖維之間的搭接長度150mm。在粘貼時用輥子沿纖維方向反復滾壓捋出氣泡，使粘貼樹脂充分浸漬碳纖維。木橋跨中、1/4梁體處至梁端處腹板的側面和底面以及支座附近10m的翼板底面均粘貼雙層雙方向碳纖維薄板。4加固效果4.1靜載檢測在橋

11、梁加固后，對該橋主跨進行了靜載試驗，分別采用了汽-10級、掛-60和汽-20級，掛-100兩種設計荷載等級，以對加固效果進行有效性檢驗。從圖4可見，該橋在施加原設計荷載等級（汽-10級、掛-60）下，加固后結構的撓度比加固前要小得多；而結構在提高設計荷載等級（汽-20級，掛-100）后，撓度的增量也不大。實測數(shù)據(jù)表明，橋梁加固后，達到了預期目的，有效地提高了通行能力。該橋至今已經(jīng)歷了3年多的行車檢驗，未發(fā)現(xiàn)任何結構性病害。圖4 主跨跨中撓度實測曲線示意圖加固前，對舊橋進行了靜載試驗，評定其跨中抗彎承載能力為679.90knm；而加固后，跨中抗彎承載能力達到了1059knm，抗彎能力增加了379.1knm。4.2動載檢測對該橋主跨進行的跑車動載試驗結果如圖5所示。車速（km/h）圖5 不同車速下的第一階振動頻率曲線由圖5可知，加固后各車速下實際所測的橋梁第一階豎向振動頻率均有較大程度的提高，表明該橋的整體剛度在加固后有了較大程度的提高。5結語增江大橋是典型的六十年代橋梁，這些橋梁的特點是設計荷載標準低，用鋼量少。因此，為確保在現(xiàn)代重荷載、大流量交通下的結構安全和行車安全，又能在公路改造中充分保留利用這類型的橋梁，除了要及時處理病害外，還須采用先進有效的方法提高其實際承載能力。本文就上述問題簡要總結介紹了增江大橋應用體外預應力束配合粘貼碳纖維薄板等橋梁結