摘 要:以一座预应力混凝土连续箱梁弯桥为案例,首先介绍了该桥边跨腹板及底板斜向裂缝病害情况,继而结合计算分析结果,分析了斜向裂缝产生的原因和机理,提出了通过对边跨简支端内侧向上支顶的方法,减小边跨扭矩,调整主梁受力状态。该方法可为预应力混凝土连续箱梁弯桥的抗扭加固提供参考。
关键词:预应力混凝土;连续箱梁;曲线桥;斜向裂缝;预偏心;桥梁加固;
1 工程概况某立交匝道桥,建成于2008年。该桥共三联,跨径布置为(20 3×21 20) m 5×25.5m 5×20m;桥梁全长为336.5m;该桥为曲线桥,其中,第二联平面位于R=90m的圆曲线,第一联、第三联位于缓和曲线。该桥桥面净宽为7.5m,两侧均设置宽度为0.50m的混凝土护栏;桥面铺装采用沥青混凝土;设4道型钢伸缩缝,分别位于0号台顶、15号台顶和5号墩顶、10号墩顶。每联2个中墩均为墩梁固结(第一联的2号墩、3号墩,第二联的7号墩、8号墩,第三联的12号墩、13号墩),边墩、台设双支座,次边墩设单支座,支座均采用盆式橡胶支座。上部结构均为等截面现浇连续箱梁,第一联、第三联箱梁为钢筋混凝土结构,采用满堂支架现浇施工;第二联箱梁为预应力混凝土结构,采用支架逐孔现浇施工;箱梁两侧腹板等高度,桥面横坡由箱梁整体旋转形成,最大桥面横坡7%。下部结构:桥台采用肋板台、扩大基础;桥墩:第5号墩、10号墩为双柱式方形墩,其余均为圆形独柱墩,7号墩采用桩基础,其余墩均采用扩大基础。该桥上部结构未设置预偏心。
2013年,该桥第二联箱梁边跨底板及腹板出现一些斜向裂缝,第一联、第三联箱梁底板出现多条横向裂缝,两侧腹板出现多条竖向裂缝,且经计算,该桥支座承载力不满足要求,基于上述病害和问题,对该桥进行了加固和维修,具体方案如下:
(1)墩柱改造:连续墩(第一联1号墩、4号墩,第二联6号墩、9号墩,第三联11号墩、14号墩)墩顶通过外包混凝土形成混凝土小盖梁,并增设2个支座,将原来的单支座改造为3支座,增多支撑点。新增支座与原支座间距为1.5m,新增支座在恒载作用下与梁体接触但不受力,在活载作用下发挥作用。3支座支撑系统解决了结构的抗倾覆、支座承载力不足问题,但主梁抗扭不足问题依然存在。其余墩均采用外包混凝土加固,且对墩柱塑性铰区加强箍筋配置,增强墩柱在地震作用下的抗剪能力。
(2)主梁加固:第一、三联钢筋混凝土箱梁底板、腹板纵向粘贴钢板;第二联预应力混凝土箱梁未进行加固。
(3)常规病害维修:对裂缝进行封闭处理。
2 主要病害2021年,根据业主要求,对该桥第二联进行了专项检测,重点检查了第二联箱梁裂缝。根据现场检测,该桥第二联(第6孔至第10孔)箱梁腹板出现多条斜向、竖向裂缝,底板出现多条斜向裂缝,腹板斜向、竖向裂缝和底板斜向裂缝主要集中在边跨(第6孔和第10孔)。具体如下:
(1)外侧腹板斜向、竖向裂缝第6孔外侧腹板距5号墩1.9~14.6m范围内,共计13条斜向裂缝,裂缝长度为0.7~1.6m,宽度为0.08~0.35mm,大部分裂缝发展至腹板顶缘,有3条斜向裂缝向底板延伸0.17~0.2m,其中距5号墩10.1m处斜向裂缝长度为1.16m,宽度为0.35mm,深度为110mm (裂缝处腹板设计厚度为40cm),见图1。距5号墩11.3m、17.3m处各有1条竖向裂缝,裂缝长度分别为0.5m、0.86m,宽度分别为0.1mm、0.15mm,其中1条竖向裂缝向底板延伸0.2m。
第10孔外侧腹板距10号墩4.2~13m范围内,共计16条斜向裂缝,裂缝长度为0.4~1.3m,宽度为0.08~0.2mm,大部分裂缝发展至腹板顶缘,其中距10号墩9.5m处斜向裂缝长度为1.3m,宽度为0.2mm,深度为75mm (裂缝处腹板设计厚度为40cm),该条斜向裂缝向底板延伸0.2m。距10号墩13.6m处有1条竖向裂缝,裂缝长度为0.8m,宽度分别为0.1mm,该条竖向裂缝向底板延伸0.4m。
图1 第6孔箱梁外侧腹板斜向裂缝展开图 下载原图
(2)底板斜向裂缝第6孔底板距5号墩5~21m范围内,共计36条斜向裂缝,裂缝长度为0.5~5.0m,宽度为0.1~0.25mm,局部渗水泛碱,裂缝间距为0.2~0.4m,裂缝走向均为从连续端外侧向简支端内侧发展。
第10孔底板距10号墩0~17m范围内,共计29条斜向裂缝,裂缝长度为0.5~4.5m,宽度为0.1~0.35mm,局部渗水泛碱,裂缝间距为0.1~0.4m,裂缝走向均为从连续端外侧向简支端内侧发展。
图2 第6孔箱梁底板斜向裂缝展开图(单位:mm) 下载原图
3 计算与分析3.1 计算模型及荷载采用空间有限元计算软件进行结构分析与计算,结构计算模型如图3所示,主梁跨中标准横断面示意图见图4。
荷载主要包括永久作用和可变作用,具体如下:
(1)永久作用自重:自重系数为1.04。
图3 5×25.5m连续箱梁计算模型(曲线半径R=90m) 下载原图
二期恒载:桥面铺装(6cm调平层 9cm沥青混凝土) 27.5kN/m;护栏16.6 k N/m(双侧)。