钢筋混凝土刚构桥主梁加固的设计要点

棠树韶关向宏公路勘察设计有限公司

摘要：从钢筋混凝土连续刚构桥病害管理的角度出发，首先对钢筋混凝土连续刚构桥的发展进行简要分析，然后以韶关市S244省道树田坑大桥为例，进行钢筋混凝土刚构桥的详细分析。 给出了该结构桥主梁加固设计要点，以期为类似工程提供参考。

关键词：钢筋混凝土刚构桥； 主梁裂缝； 加固处理；

作者简介：唐舒（1989-），女，湖南衡阳人，硕士，工程师，从事公路桥梁设计与造价管理工作。 ;

0 前言

随着道路交通的不断发展，重型车辆越来越多。 混凝土桥梁在运营过程中，由于自身材料的特性、环境影响、设计问题、施工问题、维护不当等原因，桥梁都会遭受不同程度的损坏。 变形和损坏最终会导致桥梁承载力不足和损坏[1]，甚至引发交通安全事故。 因此，必须采取有效的治疗措施，防止其继续发展。 本文重点研究钢筋混凝土刚构桥主梁的加固处理。

1 钢筋混凝土连续刚构桥的特点

在预应力混凝土桥梁普及之前，普通钢筋混凝土简支梁桥的经济跨度在20m左右。 当跨度超过此范围时，跨中的恒载弯矩和活载弯矩会迅速增加，从而导致梁的截面尺寸和自重显着增加，材料消耗量大，不经济。 同时，较大的安装重量给装配式施工带来了较大的困难。 因此，为降低材料消耗指标，宜采用其他能降低跨中弯矩值的体系桥梁，如连续体系梁桥[2]。 其中连续刚构桥是连续梁桥与T型刚构桥的组合体系，又称桥墩、梁固结连续梁桥。

超静定连续刚构桥虽然具有刚度高、变形小、伸缩缝少的优点，但由于钢筋混凝土的抗拉强度较低，钢筋混凝土桥梁难免会出现裂缝。 例如顶板裂缝、底板裂缝、腹板裂缝、横隔板裂缝等[3]，而裂缝往往是多种因素综合作用的结果，对桥梁有不同程度的危害。 严重裂缝将危及桥梁的安全运营。 。 如何正确检测、评估和加固病害桥梁，需要研究病害发生的机理并提出对策。 本文以韶关市S244省道树田坑大桥为例，分析钢筋混凝土刚构桥主梁加固的应用。

2 韶关市S244省道树田坑大桥基本情况 2.1 项目概况

S244省道K208+550树田坑大桥建于1995年，为5-16m连续刚构桥，全长91.4m，宽10.5m。 汽车的设计载荷为-20，拖车的设计载荷为-100。 该桥地理位置险要，坡陡蜿蜒，四周群山环抱，两侧悬崖峭壁，山谷深达34m。 老桥圆曲线半径78m，纵坡7%，横坡6%。 下部结构为柱架。 基础桥墩扩大，用石块砌成U型桥台。 上部结构为变截面连续钢框架纵梁和扇形水平桥面。

2.2 桥梁基本情况

由于桥梁被车辆撞击，巨大的冲击力摧毁了桥左侧2m宽、18m长的桥面。 现场检查发现，该桥上部结构存在严重问题：桥面开裂严重，且裂缝纵横、分布密集。 最大接缝宽度2.0mm； 桥台回填土下沉，侧壁鼓起，防撞栏错位，桥台顶部伸缩缝被泥沙堵塞，桥头车辆跳车现象突出。 现浇钢筋混凝土主纵梁腹板出现裂缝，竖向开裂病害较多。 裂缝主要集中在梁抗弯能力较弱的跨中区域。 一些裂缝穿透底部。 大多数裂纹宽度小于0.25mm，个别裂纹宽度达到0.4mm，超出了规范限制。 开裂是此类桥梁的常见病害。 主要原因是普通T型梁没有预应力，混凝土的抗拉强度极低。 靠近桥墩处，腹板采用斜倒角和加高设计，以增强抗剪和抗弯能力。 无明显裂纹。 此外，第二、三跨中心梁底部出现横向裂缝、白浆渗漏，两侧翼缘处有破损、露筋现象，严重影响了项目的安全运营。桥。

2.3 桥梁加固方案

这座桥的位置极为不利，主纵梁上有多处裂缝。 计算结果表明该桥安全储备较低。 为提高全桥承载能力的安全储备，将原来的两柱桥墩改为三柱桥墩，并增设主纵梁。 加强。 此外，大桥位于圆曲线上，曲线半径仅为78m。 为了增强梁结构的抗扭性能，每跨之间设置了三个隔板。 同时，将原有的桥端拉杆改造为横隔板。 隔墙应延伸至梁外侧，作为悬挑板梁。

桥面受损，整个上部结构需要重新浇筑。 全桥的桥面、桥面铺装、防撞栏杆均被切除重建。 原桥桥面厚度由28cm调整为25cm，结构边悬臂长度为2.25m。 根据常规直线桥面边缘悬臂厚度，合适的厚度为45～50cm，25cm厚的悬臂板明显太薄。 虽然采用10cm厚桥面铺装来增加桥面应力，但由于桥面与铺装层结合不完全，按全厚度计算接缝应力厚度并不合适。 悬臂梁悬臂板的厚度根据变截面设定。 在板、梁、隔板连接处设置倒角，计算悬臂板上的应力，重新确定桥面厚度和配筋。 桥面铺装在原桥上由8cm调整为10cm，桥面纵横坡度保持不变。

大部分裂纹宽度小于0.25mm，个别裂纹宽度达到0.4mm，超出了规范限值。 对原主纵梁裂缝进行注浆加固和裂缝封堵处理。

3 钢筋混凝土连续刚构桥主梁加固应用要点 3.1 结构现状分析 3.1.1 主要材料及设计参数

(1)混凝土材料参数(见表1)采用现场实测值结合工程经验确定。

表1 混凝土材料参数一览表 下载原图

(2)钢材参数见表2。

表2 钢材参数表 下载原图

3.1.2 设计荷载 (1)永久作用①一次恒荷载

一期恒载包含主梁材料重量，考虑配筋量后混凝土主梁容重折算为26kN/m3。

②第二期恒载

二期恒载包括护栏、排水管、桥面铺装等。

③收缩和蠕变

收缩、徐变系数按照《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2015）执行。 其中，计算假设年平均大气温度为20℃，环境年平均相对湿度为80%，箱梁混凝土龄期计算为28天。

(2)变量效应

① 车辆荷载：车辆荷载采用汽车20级，人群荷载为3.5kPa。

②汽车冲击力：按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）确定。

③制动力：其值根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）确定。

④ 在温度的作用下，根据当地月平均最高气温和最低气温计算出总体温差。 综合考虑，系统加热25℃，系统冷却25℃。 根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）规定，钢筋混凝土桥面铺装对应的箱梁屋面局部温升为25℃→7.5℃→0.0 ℃，箱梁屋面局部冷却为-12.5℃→-3.75℃→0.0℃。

⑤支座沉降：不均匀沉降取5mm。 程序将根据计算目的，如截面位置、内力因素或应力类型、应力点位置等，根据最不利的情况，选择相邻桥墩或隔断桥墩沉降的不利组合。

3.1.3 荷载组合

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）的要求，程序自动进行各种组合。 在组合计算中，程序根据截面位置、内力因素或应力类型和应力点位置，根据一定的数学模型并考虑设计者的干预，采用穷举的方法获得最不利的组合效果。

3.1.4 施工阶段划分

(1)现浇基础及桥墩。

(2)整体现浇上部结构主梁。

(3)现浇桥面。

(4)桥面铺装及二期恒载。

（5）经营期限10年。

3.1.5 主要计算结果及结论

桥梁加固设计状态有限元计算模型如图1、图2所示，采用Midas Civil 8.0.5软件进行建模计算，全桥各单元均采用梁单元。

图1 空间模型三维视图 下载原图

图2 空间模型结构离散图 下载原图

(1)桥梁现状及主要单体荷载影响见表3。

表3 加载效果列表下载原图

(2)承载力极限状态下荷载组合效应值见表4。

表4 承载力极限状态下荷载组合效应值一览表 下载原图

(3)主梁正截面抗弯强度计算见表5。

表5 主梁正截面抗弯力计算一览表 下载原图

从表5可以看出，加固前，主梁跨中和根部极限弯曲承载力满足要求，但安全储备不高，最小值仅为1.03。 加固后，当荷载等级提高到公路II级时，主梁跨中及根部极限弯曲承载力满足要求，并有1.5以上系数的安全储备。

(4) 主梁剪力计算见表6。

表6 主梁抗剪承载力验证清单 下载原图

从表6可以看出，梁腹板剪力面积满足规范要求。

(5)使用期间检查主梁裂缝宽度，见表7。

表7 使用期间主梁裂缝宽度校核清单 下载原图

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，钢筋混凝土构件最大裂缝宽度为0.20mm，主梁断面抗裂计算基本满足要求。

(6)桥面验证。 取桥面每延米，分别校核设计变截面桥面的跨中和悬臂根部截面，见表8。

表8 桥面断面验证清单 下载原图

由表8可见，桥面跨中及根部极限弯曲承载力满足要求，并有2.4系数以上的安全储备。

3.2 强化效果

该桥自2017年1月竣工以来，通过设置永久变形点对主梁变形进行监测，未发现新的裂缝产生。 该连续刚构桥主梁加固方法技术可行，施工工艺适当复制，效果理想。 。 通过对桥梁加固案例的分析和监测，对桥梁加固技术的发展具有积极的作用[4]。

4。结论

针对我国桥梁工程建设中主梁结构的承载能力和裂缝问题，制定高效可靠的加固措施至关重要。 应因地制宜研究桥梁问题产生的原因，借鉴其他桥梁加固方法提出相应的解决方案，尽可能减少安全隐患和经济损失。

参考

[1] 卢明峰. 混凝土桥梁病害分析与加固研究[J]. 工程建设与设计，2021（12）：157-159,164。

[2] 邵旭东. 桥梁工程（第5版）[M]． 北京：人民交通出版社，2019。

[3] 广东省公路管理局． 广东省公路桥梁养护加固技术导则[M]． 北京：人民交通出版社，2013。

[4] 林汉武. T型刚构桥加固及检测分析[J]. 广东公路交通，2014（1）：54-58。