总435期2017年第21期（7月 下）公路桥梁加固维修设计蒋立华（盐城市交通规划设计院，江苏 盐城 224000）摘要：首先结合G204灌河大桥工程施工实例，对公路桥梁进行结构验算、加固设计进行分析，随后对公路桥梁的养护与维修加固展开论述。从工程施工结果表明，G204灌河大桥工程自2016年5月份施工结束投入运营以来，桥梁运营良好，取得良好的社会、经济效益，对后续桥梁加固维修设计具有一定的借鉴作用。关键词：公路桥梁；结构计算；加固维修中图分类号：U442 文献标识码：B （2）式中：σd为计入活载影响修正系数的截面应力计算值；σL为应力限值。1.2 检算系数取值根据检测单位检测报告，对于检算系数取值如表1。表1 检算系数取值检算系数取值Z10.99ξe0.0424ξc0.987ξs0.98ξq1.00 引言G204灌河大桥位于江苏省境内响水县城东北，于1987年建造完成，跨径布置为：4×30+（60+3×90+60）+4×30，桥梁全长为636m。主桥上部结构T型刚构采用悬浇箱梁，引桥采用5片预应力混凝土T梁组成。桥梁设计标准：设计荷载等级：汽车-20级，挂车-100级，人群荷载3.5kN/m2；桥面总宽度：净12+2×1.5m人行道。本文仅根据引桥T梁讨论桥梁的加固与维修设计。在设计之前，检测单位对桥梁的整体状况进行了检测评定，结合检测单位意见，对桥梁设计规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（GTJ023—1985）（以下简称“85规范”）、85规范折减设计条件下以及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）（以下简称“04规范”）及《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2015）中公路-II级荷载进行结构验算，并根据验算结果结合检测单位意见提出可行的设计方案。1.3 模型建立1.3.1 有限元模型灌河大桥分析模型采用MIDASCIVIL2015建立。引桥T梁取受力最不利的边梁进行建模验算，模型共17个节点、16个单元。1.3.2 基本参数根据《204国道响水灌河大桥竣工图》和85规范进行模型参数的取用。①混凝土：C50混凝土。②温度：体系升温20℃、体系降温20℃、日照温差影响：顶板升温5℃和顶板降温5℃。③预应力：YB255—标准24φS5的碳素钢丝，抗拉标准强度1600MPa，张拉控制应力56.5y。孔隙偏差系数K=0.003，μ=0.35，锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值1mm。④二期恒载：二期恒载：包括桥面铺装、防撞护栏重量。⑤活载：汽车—20级、挂车—100级。⑥横向分布系数：T粱进行横向分布计算结果如表2。表2 T梁横向分布系数汇总位置支点跨中汽—200.7660.735挂—1000.4290.48人群2.391.0771 结构验算1.1 验算方法本次桥梁旧桥承载能力的检算评估按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21—2011）进行。（1）承载能力极限状态，应根据检测结果按照下式进行计算评定，见式（1）： （1）式中：γ0为结构重要性系数；S为荷载效应函数；R（·）为抗力效应函数；fd为材料强度设计值；adc为构件混凝土几何参数值；ads为构件钢筋几何参数值；Z1为承载能力检算系数；ξc为配筋混凝土结构的截面折减系数；ξs为钢筋的截面折减系数；ξe为承载能力恶化系数。（2）正常使用极限状态。正常使用极限状态应力按现行公路桥涵设计和养护规范及检测结果按下式进行计算，见式（2）：1.3.3 荷载组合根据85规范进行荷载组合：组合I：永久荷载+汽车+基础不均匀沉降；组合II：永久荷载+汽车+基础不均匀沉降+温度效应；组合III：永久荷载+挂车。1.4 桥梁原设计承载能力检算1.4.1 原设计承载能力极限状态计算（表3）收稿日期：2017-03-15作者简介：蒋立华（1982—），男，工程师，主要从事公路、桥梁设计工作。118
表3 T梁抗弯承载能力验算结果位置控制截面作用效应值结构抗力安全是否满足（kN.m）（kN.m）储备要求T梁墩顶截面618290601.46满足1.4.2 原设计正常使用极限状态计算（表4）表4 T梁正截面、斜截面抗裂验算结果验算内容荷载组合计算值 容许值是否满足 （MPa）（MPa）规范要求法向应力组合Ⅰ5.40.5Rba=16.2是(σcc)组合Ⅱ、组合Ⅲ5.40.5Rba=16.2是主拉应力组合Ⅰ1.60.8Rb1=2.12是(σz1)组合Ⅱ、组合Ⅲ1.60.9Rb1=2.385是主压应力组合Ⅰ14.00.6Rba=19.44是(σza)组合Ⅱ、组合Ⅲ14.00.65Rba=21.6是1.5 桥梁折减后承载能力检算1.5.1 考虑折减后承载能力极限状态计算考虑承载能力检算系数Z1和承载能力恶化系数ξe后，抗弯承载能力仍能满足规范要求，但富余度相对原设计减小，其具体计算入表5。表5 引桥T梁抗弯承载能力验算结果位作用效应值结构抗力安全是否满置控制截面（kN.m）（kN.m）储备足要求T梁墩顶截面61829060×Z1×（1-ξe）=851.38满足1.5.2 考虑折减后正常使用极限状态计算（表6）表6 T梁考虑折减正截面、斜截面抗裂验算结果验算内容荷载组合计算值 是否满足 （MPa）容许值（MPa）规范要求法向应力 组合Ⅰ5.40.5Rba×Z1=16.0是(σcc)组合Ⅱ、组合Ⅲ5.40.5Rba×Z1=16.0是主拉应力 组合Ⅰ1.60.8Rb1×Z1=2.099是(σz1)组合Ⅱ、组合Ⅲ1.60.9Rb1×Z1=2.361是主压应力 组合Ⅰ14.00.6Rba×Z1=19.25是(σza)组合Ⅱ、组合Ⅲ14.00.65Rba×Z1=21.38是考虑承载能力检算系数Z1=0.99。综上，灌河大桥引桥T梁考虑折减后承载能力检算满足85规范和《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21-2011）的要求。1.6 桥梁新规范设计承载能力检算1.6.1 考虑折减后承载能力极限状态计算T梁在新规范条件下抗弯承载能力能满足04规范要求，但富余度相对85规范减少，其具体计算如下，见表7。表7 引桥T构抗弯承载能力验算结果位置控制截面作用效应值结构抗力安全是否满足（kN.m）（kN.m）储备要求T梁墩顶截面657174951.14满足1.6.2 考虑折减后正常使用极限状态计算（1）正截面抗裂验算T梁按A类预应力混凝土构件计算，短期效应组合下交通世界TRANSPOWORLD截面上、下缘最大正应力计算结果表明：截面上下缘均为压应力（小于规范限值0.7ftk×0.99=1.83MPa）。在长期效应组合下截面上下缘最大正应力均为压应力。正常使用界面抗裂满足规范要求。（2）斜截面抗裂验算短期效应组合下斜截面抗裂验算主拉应力最大值3.1MPa，大于规范控制值0.5ftk×0.99=1.31MPa，超限位置在L/8～3L/8跨径范围。斜截面抗裂不满足新规范要求。（3）截面主压应力验算对于预应力混凝土受弯构件，计算其使用阶段正截面混凝土法向压应力和斜截面混凝土的主压应力，截面最大法向压应力14.3MPa<0.5fck×0.99(16.04MPa)，满足04规范要求。1.7 承载能力评定承载能力计算表明，引桥T梁原设计及折减后承载能力均能满足85规范和《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/TJ21—2011）的要求。但85规范对温度梯度考虑不足，实际采用2015规范公路—II级验算时，正常使用极限状态截面主拉应力验算并不通过。说明该桥考虑折减后的富余度不高，不能很好地适用于现阶段桥梁的运营，因此需要对该桥进行加固处理。2 加固设计2.1 现场调查通过现场调查发现21个梁腹板存在竖向裂缝，合计100条，总长约为93.0m，缝宽在0.05～0.12mm之间。发现5个梁腹板存在斜向裂缝，合计16条，总长约为20.8m，缝宽在0.08～0.2mm之间。发现33个梁翼缘板存在纵向裂缝，合计263条，总长约为694.2m，宽度均为0.1mm。牛腿存在斜向裂缝，合计9条，总长约5.1m，缝宽在0.08～0.1mm，裂缝从牛腿根部斜向延伸至翼缘板。通过调查可知，T梁裂缝发展基本与计算结果一致，大部缝在L/8～3L/8跨径范围，因此需要对T梁进行加固处理。2.2 加固方案根据现场调查结果结合结构计算，提出以下设计方案：（1）对结构存在的所有可见裂缝进行封闭处理。裂缝宽度fw≥0.15mm的裂缝采用裂缝灌注胶（加入环保有色材料）进行低压灌缝处理；裂缝宽度fw＜0.15mm的裂缝涂刷透明树脂封闭胶进行封缝处理。（2）T梁顶板横向粘贴碳纤维布加固：碳纤维布材料参照UT70—30型设计，单层厚度为0.167mm，卷材长度为50～100m。黏结材料的性能是保证碳纤维布与混凝土共同工作的关键，也是两者之间传递途径中的薄弱环节。因此黏结材料应有足够的刚度与强度保证碳纤维布与混凝土间（下转第121页）119
交通世界TRANSPOWORLD积率，同时需要合理分析影响钢纤维韧性强度和体积率的因素。如果钢纤维混凝土配合中所用的含砂率和单位用水率不同，那么实际配置钢纤维混凝土的韧性强度和体积率也会有所差异。因此在设计钢纤维混凝土施工配合比的过程中，必须要在充分考虑相关规范要求的基础上，结合钢纤维混凝土的韧性强度和体积率要求，同时还要精确计算不同情况下的各种设计值，确保施工配合比设计的准确度。另外，考虑到路桥施工过程中的钢纤维混凝土面层板比较薄，地下排水状况会对路面钢纤维混凝土材料的使用性能产生不利影响，此时需要结合实际的施工使用需求，对相关材料的配合比进行适当调整，比如在潮湿环境中，可以适当减小用水量来确保施工配合比设计的合理性，以全面确保施工配合比设计的质量。（2）在钢纤维混凝土施工过程中，为了避免搅拌机施工期间出现钢纤维结团问题，需要先进行钢纤维分散装置安装，之后再需要借助分散机来将钢纤维进行分散处理，相应的分散力需要控制在20～60kg/min，接着需要分几次在强制式搅拌机内装入已经分散后的钢纤维和称量完毕的细骨料进行集中搅拌，但是在搅拌施工过程中需要确保投料顺序和搅拌时间控制的合理性，尤其是要注意先进行干拌，之后需要添加适量水来进行湿拌2min，接着需要借助振动筛来筛选用料斗口的拌和料，注意避免搅拌机超负荷工作，确保搅拌机可以发挥最大使用率。（3）在浇筑钢纤维混凝土的过程中，需要将接头部位进行隐藏浇筑施工，确保钢纤维混凝土浇筑的连续性，每次浇筑施工材料之间的相隔长度需要控制在15～20mm，接着需要借助插入式振捣棒来振捣所浇筑的钢纤维混凝土，确保振动棒所产生的集束作用可以聚集钢纤维，增强边角混凝土的密实性，最后需要在振捣完毕后露出外面的钢纤维压入到混凝土之后，进行表面抹平施工来确保表面整体的平整性。（4）考虑到钢纤维混凝土成型之后的砂率比较大，相应的钢纤维分布也比较散乱，所以需要借助专门的施工机械来及时抹平钢纤维混凝土路面，接着需要采用压纹机械来对拉毛施工后那些裸露在外部的钢纤维进行压纹施工处理。考虑到钢纤维混凝土本身具有很强的抗裂性能和收缩性能，所以待浇筑的钢纤维混凝土强度值达到50%之后，即可进行接缝施工。3 结语总之，钢纤维混凝土具有良好的抗弯、抗剪、抗裂、抗拉压、抗冻、抗冲击以及耐磨性等性能，可以显著改善混凝土变形，增强混凝土结构的耐久性等使用性能。但是为了确保钢纤维混凝土施工技术应用的质量，必须要结合实际施工使用需求和规范要求来进行施工，同时需要加强施工监管力度，以便可以确保钢纤维混凝土施工技术在路桥施工中应用的质量。参考文献：[1] 甘灿欢. 探讨路桥施工中钢纤维混凝土施工技术应用[J]. 低碳世界，2015（33）：139-140.[2] 王立生，陈川峰. 试析路桥施工中钢纤维混凝土施工技术应用[J]. 江西建材，2015（7）：212.（编辑：钱宇宁）（上接第119页）剪力的传递，同时应有足够的韧性，不会因混凝土开裂导致脆性黏结破坏。碳纤维布粘贴施工宜在～35℃环境温度条件下进行，尽量避免在过高或过低的温度下进行施工，并应符合配套胶黏剂的施工使用温度。施工时还应考虑环境湿度对胶黏剂固化的不利影响。3、腹板牛腿加固：腹板牛腿位置通过计算发现斜截面主拉应力超限，应力比较集中，该部位采用粘贴钢板加固：钢板材料选用Q235热轧扁带钢板，厚度为4mm。粘贴钢板加固施工流程：清理粘贴钢板的混凝土区域→按图在混凝土和钢板上钻孔以备安装锚固螺栓→混凝土和钢板粘合面表面处理→涂敷粘钢胶→粘贴钢板→安装锚固螺栓，并在钢板上加压→常温固化→切除多余螺栓头→防锈处理。3 结语本工程自2016年5月份施工结束投入运营以来，桥梁运营良好，取得良好的社会、经济效益，对后续桥梁加固维修设计具有一定的借鉴作用。参考文献：[1] 蒋明军. 浅析公路桥梁上部结构加固技术的应用[J]. 中国科技博览，2012(33)：452.[2] 李兰生. 浅谈公路桥梁的养护和维修加固[J]. 建筑知识（学术刊），2014(7)：340.[3] 郭明海. 基于病害分析的桥梁结构维修与加固措施浅析[J]. 民营科技，2011(1)：193.（编辑：蔡海霄）121
