預應力鋼筋混凝土舊橋的現場檢測與評估
2015-06-01
隨著經濟的飛速發(fā)展，交通運輸量日益加重，公路橋梁的安全性、可靠性、耐久性、行車舒適性已引起社會的普遍關注，很多資料表明，由于舊橋的經久失修，導致交通事故甚至塌橋事故，給社會發(fā)展及人民生活帶來了很大的影響。對于舊橋，尤其對修建年代比較久遠的橋梁，更是要定期檢查，通過資料的積累了解其各部分的破損程度，核定該橋梁結構的現有實際承載能力，確定其可靠程度，以便于今后的養(yǎng)護、維修、加固工作。當前一些交通發(fā)達的國家，已將橋梁建設的重點放在了舊橋加固與改造方面。
1 工程概況
本工程的富春江中埠大橋位于距富陽城約10公里左右，在富春江上游距現中埠鎮(zhèn)渡口下游約200米處由北南跨富春江。
橋梁結構形式為：主橋上部為62+95+62米三跨單箱單室變截面預應力混凝土連續(xù)梁，引橋為35米預應力T型梁和16米預應力空心板梁，全橋配跨為（11×16+6×35+62+95+62+2×35）米，橋梁全長為682.14米。
橋梁設計荷載：汽車—超20，掛車—120；橋面寬度：雙幅橋，雙幅間距1m，單幅設置為：0.5m（防撞護欄）+10.75m（行車道）+0.5m（防撞欄桿）。橋面縱坡：1.5%，橫坡：2%；通航標準：按四級航道標準，最高通航水位：7.62m；接線：按平原微丘一級公路標準設計。
2 預應力混凝土空心板
2.1 預應力混凝土空心板主要病害。全橋預應力混凝土空心板（共11跨429塊）共發(fā)現3塊板出現3條縱向裂縫，裂縫寬度均較小。板底露筋4處，鋼板外露1處，并有多處通長泛白現象。
2.2 預應力混凝土空心板底縱向裂縫原因分析。據調查，全國不同省份的許多預應力混凝土空心板底面均不同程度的出現縱向裂縫，是較為普遍的現象。分析其原因，主要有構造原因、施工原因、縱向預應力產生的橫向應變等。
預應力混凝土空心板腹板相對較厚，底板、頂板較薄，對空心板梁的整體承載能力影響不大，但會降低底板的抗裂能力。
在施工過程中預應力筋放張時，給混凝土施加了強大的預壓力，底板在橫向產生橫向拉應變。這個應變在設計計算中通常難以考慮，但這是產生縱向裂縫的一個重要因素。底板混凝土不均勻也加劇了底板縱向裂縫的發(fā)展。
由于空心板為封閉箱形截面，混凝土結硬時水化熱產生的溫差、在后期的使用中因環(huán)境溫度產生的內外溫差也會在混凝土表面產生橫向應力。
另外，由于空心板底面鋼筋混凝土保護層偏薄也降低了底板的抗裂性能。支座出現過大的剪切變形、移位、脫空等病害也對空心板底板的受力產生了不利影響?；钶d作用，特別是超載車輛影響也是引起空心板底板開裂重要原因。
以上多種因素疊加后，在板底會產生較大的橫向拉應變和應力，造成底板開裂。
2.3 預應力混凝土連續(xù)箱梁
2.3.1 預應力混凝土連續(xù)箱梁主要病害。預應力混凝土連續(xù)箱梁外側底板發(fā)現168條縱向裂縫和4條橫向裂縫，裂縫寬度大都小于0.1mm。內側頂板發(fā)現455條縱向裂縫和13條橫向裂縫，裂縫寬度大都小于0.1mm。外側腹板發(fā)現6條豎向裂縫，裂縫寬度大都小于0.1mm。內側腹板發(fā)現467條縱向裂縫和5條豎向裂縫，裂縫寬度大都小于0.1mm。
2.3.2 預應力混凝土連續(xù)箱梁病害原因分析：①箱梁底板由于施加預應力而產生徑向力，若底板橫向配筋不足，底板橫向跨中下緣及兩側底板加腋處出現縱向裂縫。②箱梁腹板中部的豎向裂縫，與混凝土收縮徐變、箱梁內外溫差、腹板水平筋布置偏少、腹板較薄、混凝土混合料質量等因素有關。③箱梁腹板上的水平裂縫主要由箱梁橫向彎曲空間效應與內外溫差應力造成腹板內側或外側產生較大的豎向應力、箱梁橫向剛度、畸變應力等影響因素引起。④頂板較薄，大量的縱向預應力孔道削弱了頂板的有效面積，雖然在施工過程中采用了抽真空壓漿，但也很難做到壓漿完全飽滿。即使壓漿很飽滿，其抗拉強度也無法和梁體本身所要求的混凝土相比，因此，較薄的頂板上布置的大量的預應力孔道嚴重削弱了頂板有效面積，這也是造成頂板容易出現縱向裂縫的主要原因之一。⑤預應力孔道在混凝土澆筑過程中易變形，孔道存在彎曲，導致預應力沿孔道方向形成上下或左右的徑向分力，形成沿底板混凝土下表面的縱向裂縫。⑥現場振搗混凝土時，振搗不當，漏振，過振或振搗棒抽拔過快，均會影響混凝土的密實性和均勻性，誘導裂縫的產生；高空澆注混凝土，風速過大，烈日暴曬，混凝土收縮值大，現場氣溫太低，水化熱造成混凝土內部與表面溫差過大，導致混凝土表面開裂，現場養(yǎng)護措施不到位，灑水不及時，混凝土早期脫水，引起收縮裂縫。⑦橋梁在超重車軸荷載的作用下，產生很大的橫向彎矩，很容易在頂板下緣出現縱向裂縫。
3 橋梁結構檢算
3.1 有限元分析根據設計圖紙，運用ANSYS程序， 選取選擇主橋桐廬側邊跨跨中截面、中跨支點附近、中跨L/4截面、中跨跨中截面某跨全寬橋梁進行荷載試驗。動力計算主要為自振頻率，靜力計算為各加載工況下各片梁的位移及撓度曲線圖。
3.2 本次試驗的靜力荷載試驗效率介于0.96～1.05，試驗荷載在結構控制截面產生的最大內力效應和變位效應，能夠反映理論計算活載作用下同一截面最不利內力效應和變位效應，滿足《公路舊橋承載能力鑒定方法》的有關要求。
3.3 在各工況試驗荷載滿載時，應變、撓度校驗系數基本滿足鑒定方法常值范疇表明本橋實際承載能力能夠滿足原設計荷載等級要求。
3.4 各工況試驗測試相對殘余應變滿足鑒定方法中不大于20%的規(guī)定。
3.5 用各測點的拾振器記錄得到結構振動響應曲線，經數據分析處理后，該橋實測自振頻率均大于理論值，表明橋梁剛度滿足設計要求。
4 檢測結論與建議
預應力砼T形梁、預應力砼小箱梁和預應力砼連續(xù)箱梁結構技術狀況綜合評定Dr=59.2，全橋評為三類橋。預應力砼T形梁、預應力砼小箱梁和預應力砼連續(xù)箱梁結構的等上部主要承重結構病害已經影響了橋梁的正常使用功能，且有繼續(xù)發(fā)展的趨勢。三類橋梁需進行中修，及時進行交通管制，如限載、限速通過等。按此規(guī)定，本橋的養(yǎng)護對策為對預應力砼空心板、預應力砼小箱梁和預應力砼連續(xù)箱梁橋采取中修。
橋梁檢測是橋梁病害與分析的重要手段，本文通過中埠大橋檢測與評估的實踐過程，使我們對橋梁檢測與評估的重要性有了進一步的認識，為加固措施的選用提供了依據。隨著我國交通業(yè)的蓬勃發(fā)展，新建橋梁增加的同時，原有橋梁也在不斷老化。如何做好舊橋的檢測與評估，發(fā)揮舊橋的余熱和潛能，是一個值得我們不斷研究和探索的課題。
