正交异性双向板桥加固设计及相关措施处理

关键词：双向板 裂缝 结构分析 加固设计

　　1.桥梁概况 该桥为现浇钢筋混凝土连续梁桥，桥跨布置为4×13.5米，边跨计算跨径为13米，中跨计算跨径为13.5米，桥面总宽为15.75米，其中行车道宽度为14.75米。主梁梁高80厘米，悬臂宽225厘米，高20～40厘米,主梁梁底沿桥横向按20cm间距布置有直径为12mm的Ⅱ级钢筋，沿桥纵向设置有直径为28mm的Ⅱ级钢筋，采用C30混凝土。荷载等级为：汽车-超20级，挂车-120。

　　

　　 图1 主梁横断面

　　2.主要病害及其成因分析

　　2.1 主要病害

　　该桥主梁底部沿桥纵向共出现了5条裂缝，裂缝宽度在0.3mm左右，中间一条裂缝沿桥梁中心线，在支点附近断开，无缝区约3m长，在距桥梁中心线左、右侧1.3m及2m左右的位置各右一条纵向裂缝，对称于中缝，这四道裂缝贯通全桥，且局部有渗水现象。

　　2.2 成因分析

　　鉴于该桥为正交异性双向板的受力模式，而规范中对于此类结构内力计算的相应规定较少，各类参考书中关于此类结构的简化计算分析与实际情况又存在或多或少的差异，故为了得到更为合理的计算结果，为病害原因分析及后期加固处理找到充分的理论依据，对于该结构的内力计算此处共采用了两种计算模型，即板单元计算模型和实体单元计算模型，如图2和图3所示。

　　

　　图2 板单元计算模型

　　

　　图3 实体单元计算模型

　　根据上述计算模型，计算得到了结构的恒、活载内力，并对该桥进行了纵、横向极限承载能力及抗裂性结构验算，具体验算结果见表1及表2，其中，实体单元计算模型的单宽弯矩可按下式计算。

　　

　　(2-1)

　　式中： —主梁的单宽弯矩；

　　 —顶、底层实体单元中心的单元应力；

　　 —主梁抗弯惯矩；

　　 —顶、底层实体单元中心至主梁中性轴的距离。

　　正截面抗弯强度计算 表1

　　

项目	最大单宽弯距(板)Mj(kN.m)	最大单宽弯距(实体)Mj(kN.m)	单宽截面抗力Mu(kN.m)	安全系数 Mu/Mj
恒载+汽车	横桥向	107.3	126.3	109.6	0.87
纵桥向	538.5		1220.6	2.27
恒载+挂车	横桥向	159.0	187.9	109.6	0.58
纵桥向	470.2		1220.6	2.60

　　使用阶段主梁裂缝宽度验算 表2

　　

项目	计算裂缝(板) 　　 δ(mm)	计算裂缝(实体) 　　 δ(mm)	规范允许值［δ］(mm)	安全系数 　　 ［δ］/δ
恒载+汽车	横桥向	0.15	0.18	0.20	1.11
纵桥向	0.08		0.20	2.50
恒载+挂车	横桥向	0.24	0.29	0.25	0.86
纵桥向	0.07		0.25	3.57

　　由表1及表2可见：

　　（1）实体单元模型的单宽弯矩要比板单元模型的大15%～20%，其计算裂缝宽度也比板单元的大20%左右，二者存在较大差异的主要原因是板单元对原结构的模拟精度较实体单元低；

　　（2）利用实体单元计算得到的裂缝宽度和实际调查得到的裂缝宽度非常接近，更为切合实际情形；

　　（3）梁底水平配筋不足是导致上部结构梁底出现裂缝的主要原因。

　　3.加固处理措施

　　为了提高原桥跨结构在横桥向的抗弯能力及抗裂性，曾提出过多种加固处理方案，主要有粘贴碳纤维板、粘贴钢板、施加体外预应力等，并在造价、方案的可行性、可操作性等多方面对这些方案进行了比较，最后选择了在梁底粘贴钢板的方法来进行结构补强，即在主梁梁底沿桥横向每隔50cm粘贴一道10cm宽、6mm厚的16Mnq钢板，并对粘钢加固后的桥跨结构进行了极限承载力及抗裂性验算。验算结果表明：加固后的桥跨结构无论是极限承载力还是抗裂性均得到了很大提高，其最小的Mu/Mj(或［δ］/δ)系数为1.98（2.22）。

　　4.结 论

　　通过对该桥的计算分析及加固处理，得出以下几点结论：

　　1.宽跨比较大的桥梁，在进行桥梁设计时必须充分考虑其横向受力，其内部受力钢筋应通过计算来确定，不能够仅按构造要求配置钢筋。

　　2.整体现浇的空心板桥，其实体部分的抗裂性要求往往比空心部分要高，在进行设计时不能仅按平均受力来进行考虑，否则有可能使得实体部分的结构抗裂性及极限承载能力不能满足设计要求及正常使用要求。