连续梁桥的主要病害及体外预应力加固方法的论述
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摘 要：目前，国内外建设的预应力混凝土连续梁桥普遍存在梁体开裂和跨中下挠的问题[1]。体外预应力加固是一种积极有效的主动加固方法，能提高结构承载能力、改善跨中下挠状态和增大主梁压应力储备，且该技术以其优点广泛应用于在役桥梁的加固工程中。
关键词：体外预应力加固；混凝土；连续梁桥
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.093
1 主要病害及常用的加固方法
1.1 连续梁桥的主要病害
因为部分预应力混凝土连续梁桥在设计时容许结构在活载作用下出现拉应力，桥梁经过多年的运营，梁体材料性能退化，大部分桥梁会出现不同病害，主要病害是箱梁混凝土梁体出现不同性质的裂缝。裂缝的形成在实际工程中往往是多个因素综合作用的结果，主要表现为：箱梁墩顶竖向裂缝、跨中底板横向裂缝、腹板斜裂缝，裂缝导致箱梁刚度明显下降、承载能力不足。预应力混凝土连续箱梁裂缝产生的原因具有一定的规律性，只有对裂缝的成因认真分析总结，才能有针对性的提出防止裂缝产生和加固箱梁的措施。
（1）腹板裂缝。腹板开裂的主要原因为主拉应力、竖向正应力、锚固区张拉应力过大，由于箱梁支点周围剪应力较大且竖向预应力损失较大，当箱梁在设计时抗剪能力不足时，便会在支点附近处产生45°方向的斜裂缝，对于预应力混凝土连续梁桥，大量预应力束锚固于边跨端部，同时桥梁端部要传递支座提供的反力。在建造施工过程中受施工和体系转化的影响，桥梁端部要承受巨大的剪应力和一定的次内力，使构件受力复杂，容易产生腹板斜裂缝。
（2）顶、底板裂缝。顶底板裂缝产生的主要原因为荷载下的畸变和横向弯曲作用的结果，对于预应力混凝土连续梁桥，顶底板开裂的主要原因为在预应力锚固端及齿板处受力复杂产生应力集中现象，且受温度作用影响显著。另外，箱梁结构中，锚固预应力的齿板及横隔板空洞周围处常产生裂缝或者其他病害，主要原因为应力过于集中。
1.2 连续梁桥加固的常用方法概述
部分预应力混凝土连续箱梁桥病害已成为影响公路正常使用的重要因素，同时桥梁结构病害增大了交通事故发生的隐患，对此类结构出现的病害进行分析总结，并根据分析结果对不同病害采取相应的补强加固方法，使其满足桥梁承载能力要求。目前，常用体外预应力加固法、粘贴纤维复合材料加固法、粘贴钢板加固法，对桥梁上部结构进行提载加固。
混凝土桥梁、板桥的抗弯和抗剪加固多采用粘贴碳纤维片加固的方法，对于配筋较低或钢筋锈蚀严重的板梁进行抗弯及抗剪加固可取得很好的效果，而此方法对于配筋量较高的桥梁加固后效果不明显，因此常采用粘贴碳纤维片混凝加固法增补桥梁结构承载能力。此方法同样适用于混凝土墩柱抗剪、抗压能力补强及地震后的桥梁结构修复等。经过实桥加固效果评价可知按此方法进行模拟计算的结果与实际试验数据相似，因此在一般情况下采用粘贴碳纤维片法加固桥梁时可按该方法进行分析计算。相较于桥梁结构自身重量碳纤维贴片的重量可忽略不计，按该方法加固不会对构件施加额外的荷载。
粘贴钢板加固法是以钢板代替增设的补强钢筋，结构未发生破坏前外贴钢板与混凝土之间粘结性能较好，一旦进入破坏阶段，大部分钢板与混凝土之间将发生剥离现象，并伴有斜向裂缝，随着桥梁结构不断承受外界荷载，裂缝逐渐扩大，钢板应力显著增大，最终混凝土将被撕裂从而导致桥梁结构承载力下降，导致构件产生破坏。
2 连续梁桥体外预应力加固方法的国内外研究现状
2.1 连续梁桥的国外研究现状
1996年Hiroshi Mutsuyoshi等通过预应力钢筋所导致的二次效应，充分考虑预应力筋增加的应力，分析体外预应力混凝土梁应力增量在极限状态下的计算公式。
1997年，K.H.T等通过对7片T形梁采用沿梁长直线布置预应力筋加固进行试验研究，通过分析加固构件的状态，得知在计算体外预应力混凝土梁极限状态强度及破坏形式时采用压、拉杆计算模型结果较为准确。
在20世纪末，M.Harajli等为了论证其他参数对预应力钢筋二次效应导致的影响，分别更改钢束的布置、外荷载截面的受力的作用方式等因素，从而总结出体外预应力结构的整体工作性能。
2001年，Kiang-Hwee Tan等为了降低加固结构体系预应力筋的二次效应，进行了体外预应力加固简支梁的试验，结果表明对跨中局部使用体外预应力加固可降低预应力筋产生的二次效应。
2004年，Ghallab等通过计算体外预应力束在不同荷载作用下的预应力产生的应力作用于实际加固桥梁产生的应力进行对比提出适合体外预应力加固预应力筋应力计算公式。
2.2 连续梁桥的国内研究现状
2000年，同济大学李国平所率领的团队，通过理论分析总結出参数变化对连续梁桥主体构件抗剪抗弯的影响。针对连续梁桥构件中的节段主梁抗剪应力，分析后，可得到抗剪承载力的计算公式。
2012年，东南大学黄侨教授利用实际检测项目与理论的计算对比后，对原有公式进一步优化，并依据实际工程论证后，证明了公式优化的准确性。
3 结束语
从上述连续梁桥体外预应力加固方法的国内外研究可知，国外的理论研究较早，应用方面与国内相比较未成熟，从极限状态下的理论分析到加固分析，最后到实验对体外预应力筋预应力损失对比计算结果均可反映出桥梁的动力效应，得出相应的结论对原桥进行承载能力评定，分析不同体外预应力筋布置线形对加固结构的应力及变形的影响，依托工程加固前后荷载试验进行对比分析，对加固后的结构性能评定。
参考文献：
[1]张劲泉.我国公路桥梁承载能力检测评定技术的现状与发展[J].公路交通科技，2006，23（04）：15-17.
作者简介：马科萌（1990-），女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，助教，研究方向：工程应用材料。
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