预应力混凝土连续箱梁加宽改造后安全评估.pdf

2 4 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 2 4 0 3 预应 力混凝土连续箱梁加宽改造后安全评估 陈 韵 ， 刘伯 奇 ( 1 广东省佛开高速公路有限公 司 ， 广东 广州 5 2 8 2 3 1 ； 2 中国铁道科学研究院 铁道建筑研 究所 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘要： 随着部分高速公路进行加宽改造工作 ， 位于加宽改造区段 的已建桥 梁的荷载等级相应提 高， 同时 由于经过多年运营， 部分桥梁 已出现严重病 害， 因此须对此类桥梁重新进行安全评估。本文以广佛 高速 公路上一座加 宽改造后的预应力混凝 土连续箱梁为例 ， 采用桥梁博士软件 ， 按新旧规范分别对桥梁进行 结构承 栽能 力检算 ； 通过静 载 试验及 针对 结构病 害的专项 测试 ， 对桥 梁结构 的 工作 状 态和承 载 能力进行 综合评估； 最后根据计算及实测结果对该桥提 出相应的管养建议 。此方法可为同类桥 梁的安全评估提 供 借 鉴 。 关键词 ： 预 应 力混 凝 土连 续 箱梁 安 全评 估 加 宽改造 中 图分类号 ： U 4 4 8 2 1 3 文 献标 识码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 - 1 9 9 5 2 0 1 5 0 6 0 7 1 工程概况 广佛高速公路全程为全封闭互通立交 ， 原设计为 双向四车道 ， 设计时速为 1 2 0 k m h ， 桥梁设计荷载等 级 为 汽一超 2 0， 挂一 1 2 0 ， 于 1 9 9 6年 1 2月 投 入 通 车 。 随着交 通 量 的不 断 增 加 ， 于 2 0 0 9年起 对 K 0K 4 6段 进行 了加宽改造 ， 加宽为双 向八车道 ， 加宽改造后桥梁 设计 荷 载等级 为公路 I 级 。 谢边 立交跨线桥 位于该 加宽 区段 ， 该桥 主桥 为 ( 5 0+ 1 0 0+1 6 0+1 6 0+1 0 0+5 0 ) 1 T I 变截 面预应 力混 凝 土连续箱梁 ， 采用悬拼施工， 箱梁节段之间拼接缝采用 环氧水泥进行粘结 ， 部分节段为现浇的湿接缝。该桥 采用三向预应力体系 ， 纵向及横 向预应力束采用高强 度钢绞线 ， 竖向预应力束采用直径 3 2 m m的精轧螺纹 钢 筋 。桥 型及 跨径 布置 如图 1所示 。该桥 采用 的加 宽 改 造方 式为 利用 既有 四车道 桥 梁 改 为单 向通 行 ， 在 桥 址 附近新 建 四车道 桥梁 作为 另一 方 向通 行 。该桥 在加 宽改造之前 的主要结构性病害是在 2 0 ， 2 1 ， 2 5 ， 2 6 墩顶附近梁体腹板处存 在斜向开裂， 裂缝大致呈 4 5 。 方 向 ， 裂缝 宽度 介于 0 0 8 0 2 0 m m之 间 。 5 0 2 0 墩 2 1 墩 2 3 墩 2 4 墩 图 1 桥 型及跨径布置示意 ( 单 位 ： 1 1 ) 2 结构承载能力检算 根 据 相 关 的 新 旧规 范 。 ， 分 别 对 既 有 桥 梁 进 行 结构承载能力检算。采用桥 梁博士软件 ， 将全桥共分 为 2 2 4个单元 ， 2 2 5个结点 ， 模 拟施 工过程建立 了 2 7 个施工 步骤 。 1 ) 按 8 5规范检算 ， 结构各项指标满足规范要求。 2 ) 按 2 0 0 4规范检算结果如下 ： 抗弯承载能力极限状态满足规范要求 ； 抗剪承 载能力极限状态检算显示墩顶附近和 L 4附近截面不 能 满足规 范要 求 。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 1 2 - 1 5； 修回 日期： 2 0 1 5 - 0 2 0 3 作者简 介： 陈韵( 1 9 7 1 一) ， 女 ， 广东化州人 ， 技术员。 在短期效应组合下 ， 除 2 0 墩顶及 2 6 墩顶梁体 上 缘拉应 力较 大 ( 分 别为 3 5 8 M P和 3 1 2 M P a ) ， 不满 足 2 0 0 4规范要求外 ， 其它部位梁体混凝土法 向拉应力 均 满 足 2 0 0 4规 范 要 求 ； 在 短 期 效 应 组 合 下 ， 除 2 0 ， 2 l ， 2 5 和 2 6 墩顶 附近 梁 体 出现 主 拉应 力 偏 大 外 ( 3 1 6 MP a ) ， 其它部位均满足 2 0 0 4规范。 在标 准 组合 下 ， 梁 体最 大 主压 应力 为 2 2 8 9 MP a ， 不满 足 2 0 0 4规范 要求 。 长期效应组合下 ， 梁体各截面边缘混凝土法 向 拉应力满足 2 0 0 4规范要求 ； 标准组合下 ， 梁体上缘最 大压 应 力 为 2 0 4 9 MP a ， 下 缘 最 大 压 应 力 为 1 5 7 1 MP a ， 均不满足 2 0 0 4规范要求。 检算结果显示 ， 2 0 0 4规范下墩顶位置及 L 4附近 截面抗剪承载力不满足要求， 边墩 、 次边墩墩顶附近截 2 0 1 5年第 6期 陈韵 等 ： 预应力混凝土连续箱梁加宽改造后安全评估 2 5 面主拉应力不满足规范要求 ， 这与该桥墩顶附近腹板 斜裂缝位置有对应关系。 3 桥梁静载试验 根 据连 续梁桥 受 力 特点 ， 选 择 结 构 主 要控 制截 面 进行静载试验， 同时针对结构病害进行专项测试 ， 了解 测试截面在试验荷载下的应变分布及变形 ， 评定结构 苎 的工作状态和承载能力。对于该桥承载能力主要测试 截面有： 次边跨最大正弯矩截面 ( A截面 ) 、 墩顶最大 负弯矩截面( B截面 ) 、 中跨最大正弯矩截面( C， D截 面， 其中 D截面作为 c截面的对 比截面只测试挠度 ) ； 针对病 害 专 项 测 试 主要 为 斜 裂 缝 专 项 测 试 ( E， F截 面 ) 。测试 截面 分布 如 图 2所示 。 开平 图 2 测 试截 面分布( 单位 ： n 1 ) 该 桥原 设 计荷 载 为 汽一超 2 0 、 挂 一 1 2 0 ， 改 扩 建桥 设计荷载为公路 I 级 ， 因此 ， 本次荷载试验将对两种荷 载等级同时计算 ， 以设计荷载较大者为试验控制值 ， 试 验过程中加载分级将加密以确保试验过程中结构的安 全。各测试截面最大级试验荷载加载效率见表 1 。 表 1 各测试截面加载效率一览表 测试 汽一 公路 测试 汽一 公 路 截 面 超 2 0 I 级 截面 超 2 O I级 A 1 o7 4 0 9 8 9 B 0 8 9 9 0 8 94 C 1 05 4 1 01 6 D 1 05 4 1 O1 6 E 0 8 5 9 0 81 0 F 1 0 3 0 0 9 59 3 1 承 载能 力测试 结 果 3 1 1 挠度 测试 结果 挠 度测 试分别 针对 A， c， D截 面进 行 ， 从 实测 数据 来看 ， 各测点的卸载残余挠度较小 ， 相对 残余均满 足 公路桥 梁承 载 能力 检 测 评 定规 程 的要 求 ( 2 0 ) ， 说明结构在试验荷 载作 用下整体 处于 弹性工 作状态 。表 2中给出了最大级荷载作用下 A， c， D截 面挠度 测试 结果 。 由表 2中数据 可 知 ， A， C， D截 面 实 测结 果 均 满 足 评定规程中校验 系数 1 ， 挠跨 比 1 6 0 0的要 求 ， 即结构刚度满足规范要求 。此 外， c， D截 面实测 挠 度值 较 为接 近 ， 说 明结构 的对 称性较 好 。 4 0 o 3 5 0 3 0 0 =- 3 4 9 7 x+ 2 5 7 2 5 垦 、 R - 0 9 9 9 6 20 0 馑 150 - 。 。 表 2最大级荷载作用下 A。 c。 D截面挠度测试结果 3 1 2 应 力 测 试 结 果 从各测试截面实测应变可知 ， 各测点的卸载残余 应变均较小 ， 除绝对值较小点外 ， 其余各测点相对残余 均满足试验规范的要求 ( 2 0 ) ， 说明截面变形处于 弹性 状态 。表 3中 给 出 了最 大 级 荷 载 作 用 下 A， B ， C 截面应变测试结果 ， 图 3 、 图4为 A， c截面实测应变沿 截 面高度 分布 。 表 3最大级荷载作用 下 A， B， c截面应变测试结果 从表 3及 图 3 、 图 4可 知 ： Ac截面 ， 内外侧腹板实测应变沿截 面高度 呈较 好 的线性 分布 关 系 ， 说 明 截 面变 形 基 本 符 合 平截 0 - 25 0 y= - 4 1 9 0 4 x+2 8 7 7 4 g 2 0 0 巨 1 0 0 I唾 5 0 - 6 0 - 4 0 - 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 - 2 0 实测应变 ( x 1 O ) ( a ) A截面外侧腹板实测应变沿截面高度分布 0 2 0 4 0 6 0 8 0 实测应变， ( X 1 0 ) 【 b ) A截面内侧腹板实测应变沿截面高度分布 图 3 A截面实测应变沿截面高度分布 2 6 铁道建筑 、 、 。 5 O g Y 一 1 3 6 0 8 x + 2 0 8 9 5 1 5 o R 2 = 0 9 9 2 2 暴 l o o 5 0 3 o 0 - v=-1 4 4 2 8 x+2 2 1 5 4 越2 0 0 R 2 = 0 9 9 9 5 篷 1 5 0 糍 1 0 0 。 50 一1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 O 1 5 0 2 0 0 -1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 实测应变， ( l O ) 实测应变， ( 1 0 ) ( a ) C截面外侧腹板实测应变沿截面高度分布 ( b ) C截面内侧腹板实测应变沿截面高度分布 图 4 c截面实测应变沿截 面高度分 布 一 应 变测 裂缝 图 5 斜裂缝专项测试测点布置 面假定 ； 两侧腹板 中性轴 的实测平均高度均 高于理论 值 ， 说明桥面铺装和防撞墙等参与了结构受力。 最大级试验荷载作用下应变校验系数满足 评 定规程 中校验系数 1的要求 。 各级试验荷载作用下， 截面受拉缘测点应变分布 均匀 ， 没有 畸变 和退化现象 ， 说 明结构抗 裂性满足要求 。 综上所述 ， Ac截面在试验荷载作用下 ， 受力状 态 正常 。 3 2斜裂 缝专项 测试 结果 E， F截面为斜裂缝截面， 截面测点跨斜裂缝布置， 测 点布置 如 图 5所示 。 由斜裂缝的实测应变可知 ， 各测点 的卸载残余应 变较小 ， 相对残余均满足试验规范要求 (2 0 ) ， 这 说 明卸 载后 裂 缝 宽度 基 本 能够恢 复 到原状 态 ； 实测结 果 表 明 ， 在试 验荷 载作 用下 ， E截 面斜 向裂缝 的最大 扩 展 为 1 0 0 x 1 0 x 1 5 0 m m= 0 0 1 5 m m( E 6测点 ) ； F截 面 两条斜向裂缝的最大扩展分别为 9 9 x 1 0 1 5 0 11 1 11 1 = 0 0 1 5 m m( F 6测 点 ) 、 1 0 6 x 1 0 x 1 5 0 mm=0 0 1 6 m m ( F 1 测点) ， 裂缝扩展量不大， 但呈现 出裂缝尖端 的实 测应变数值相对较大的规律 ， 这说明在荷载作用下裂 缝处于活跃状态， 裂缝存在进一步发展 的趋势。 4 结论 1 ) 结构承载能力检算结果显示 ， 2 0 0 4规范下墩顶 位 置及 L 4附近截 面抗 剪承 载力不 能满 足要求 ， 边 墩 、 次边墩墩顶附近截面主拉应力不能满足规范要求， 这 与该 桥斜 裂缝 位置有 一定 对应关 系 。 2 ) 荷载试验结果表明， 该桥梁体受力基本能够满 足公路 I级荷载的正常使用要求。 3 ) 荷 载试验 对斜 裂 缝 测试 结 果显 示 ， 跨 裂 缝 测 点 应变值不大， 且从近几年的检测报告分析 ， 裂缝状态稳 定 ， 未继 续发展 ， 说 明结 构在 目前 的运营荷 载下 状态 基 本稳定。但值得注意的是 ， 运营荷载的增大及超载车 的作用可能会引起斜裂缝 的发展 ， 导致预应力损失和 梁体下挠等病害出现 ， 故建议对该类裂缝予 以密切关 注 ， 若 发现裂 缝发 展应及 时进 行加 固处理 。 4 ) 本 次未 对下 部结 构 进 行检 测 ， 考 虑 到该 桥 墩 柱 高度较大， 建议对水 中桩基加强定期检测工作。 参 考 文 献 1 中华人 民共 和国交通部 J T J 0 2 1 8 9 公 路桥 涵设 计通 用 规范 s 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 1 9 8 9 2 中华人 民共 和国交通部 J T G D 6 0 -2 0 0 4 公路桥涵设计 通 用规范 s 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 3 中华人 民共 和国交通部 J T J 0 2 3 8 5 公 路钢 筋混凝 土及 预应力混凝土桥 涵设计 规 范 s 北京 ： 人 民交 通 出版社 ， 1 98 9 4 中华人 民共 和国交通部 J T G D 6 2 -2 0 0 4 公路钢筋混凝 土 及预应 力混凝 土 桥涵设 计 规 范 s 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 4 5 中华人 民共和国交通部 J T G T J 2 1 2 0 1 1公路桥梁承载能 力检测评定规程 s 北京 ： 人民交通 出版社 ， 2 0 1 1 ( 责任审编 周彦彦)