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預應力混凝土連續(xù)箱梁加寬改造后安全評估

文檔作者：陳韻劉伯奇文檔來源： 1．廣東省佛開高速公路有限公司 2．中國鐵道科學研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月17日
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24
鐵道建筑
Railway Engineering
文章編號：1003—1995(2015)06—0024—03
預應力混凝土連續(xù)箱梁加寬改造后安全評估
陳 韻 ，劉伯奇
(1．廣東省佛開高速公路有限公司，廣東廣州 528231；2．中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)
摘要：隨著部分高速公路進行加寬改造工作，位于加寬改造區(qū)段的已建橋梁的荷載等級相應提高，同時
由于經(jīng)過多年運營，部分橋梁已出現(xiàn)嚴重病害，因此須對此類橋梁重新進行安全評估。本文以廣佛高速
公路上一座加寬改造后的預應力混凝土連續(xù)箱梁為例，采用橋梁博士軟件，按新舊規(guī)范分別對橋梁進行
結(jié)構(gòu)承栽能力檢算；通過靜載試驗及針對結(jié)構(gòu)病害的專項測試，對橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和承載能力進行
綜合評估；最后根據(jù)計算及實測結(jié)果對該橋提出相應的管養(yǎng)建議。此方法可為同類橋梁的安全評估提
供借鑒。
關(guān)鍵詞：預應力混凝土連續(xù)箱梁 安全評估 加寬改造
中圖分類號：U448．21 3 文獻標識碼：A DOI：10．3969／j．issn．1003-1995．2015．06．07
1 工程概況
廣佛高速公路全程為全封閉互通立交，原設(shè)計為
雙向四車道，設(shè)計時速為120 km／h，橋梁設(shè)計荷載等
級為汽一超20，掛一120，于1996年12月投入通車。
隨著交通量的不斷增加，于2009年起對K0～K46段
進行了加寬改造，加寬為雙向八車道，加寬改造后橋梁
設(shè)計荷載等級為公路I級。
謝邊立交跨線橋位于該加寬區(qū)段，該橋主橋為
(50+100+160+160+100+50)1TI變截面預應力混凝
土連續(xù)箱梁，采用懸拼施工，箱梁節(jié)段之間拼接縫采用
環(huán)氧水泥進行粘結(jié)，部分節(jié)段為現(xiàn)澆的濕接縫。該橋
采用三向預應力體系，縱向及橫向預應力束采用高強
度鋼絞線，豎向預應力束采用直徑32 mm的精軋螺紋
鋼筋。橋型及跨徑布置如圖1所示。該橋采用的加寬
改造方式為利用既有四車道橋梁改為單向通行，在橋
址附近新建四車道橋梁作為另一方向通行。該橋在加
寬改造之前的主要結(jié)構(gòu)性病害是在20 ，21 ，25 ，26
墩頂附近梁體腹板處存在斜向開裂，裂縫大致呈45。
方向，裂縫寬度介于0．08—0．20 mm之間。
50
20 墩 21 墩—— 23 墩 24 墩
圖1 橋型及跨徑布置示意(單位：1"／1)
2 結(jié)構(gòu)承載能力檢算
根據(jù)相關(guān)的新舊規(guī)范 。 ，分別對既有橋梁進行
結(jié)構(gòu)承載能力檢算。采用橋梁博士軟件，將全橋共分
為224個單元，225個結(jié)點，模擬施工過程建立了27
個施工步驟。
1)按85規(guī)范檢算，結(jié)構(gòu)各項指標滿足規(guī)范要求。
2)按2004規(guī)范檢算結(jié)果如下：
①抗彎承載能力極限狀態(tài)滿足規(guī)范要求；抗剪承
載能力極限狀態(tài)檢算顯示墩頂附近和L／4附近截面不
能滿足規(guī)范要求。
收稿日期：2014-12-15；修回日期：2015-02·03
作者簡介：陳韻(1971一)，女，廣東化州人，技術(shù)員。
②在短期效應組合下，除20 墩頂及26 墩頂梁體
上緣拉應力較大(分別為3．58 MP和3．12 MPa)，不滿
足2004規(guī)范要求外，其它部位梁體混凝土法向拉應力
均滿足2004規(guī)范要求；在短期效應組合下，除20 ，
2l ，25 和26 墩頂附近梁體出現(xiàn)主拉應力偏大外
(3．16 MPa)，其它部位均滿足2004規(guī)范。
③ 在標準組合下，梁體最大主壓應力為22．89
MPa，不滿足2004規(guī)范要求。
④ 長期效應組合下，梁體各截面邊緣混凝土法向
拉應力滿足2004規(guī)范要求；標準組合下，梁體上緣最
大壓應力為20．49 MPa，下緣最大壓應力為15．71
MPa，均不滿足2004規(guī)范要求。
檢算結(jié)果顯示，2004規(guī)范下墩頂位置及L／4附近
截面抗剪承載力不滿足要求，邊墩、次邊墩墩頂附近截
2015年第6期 陳韻等：預應力混凝土連續(xù)箱梁加寬改造后安全評估 25
面主拉應力不滿足規(guī)范要求，這與該橋墩頂附近腹板
斜裂縫位置有對應關(guān)系。
3 橋梁靜載試驗
根據(jù)連續(xù)梁橋受力特點，選擇結(jié)構(gòu)主要控制截面
進行靜載試驗，同時針對結(jié)構(gòu)病害進行專項測試，了解
測試截面在試驗荷載下的應變分布及變形，評定結(jié)構(gòu)
苧
的工作狀態(tài)和承載能力。對于該橋承載能力主要測試
截面有：次邊跨最大正彎矩截面(A截面)、墩頂最大
負彎矩截面(B截面)、中跨最大正彎矩截面(C，D截
面，其中D截面作為c截面的對比截面只測試撓度)；
針對病害專項測試主要為斜裂縫專項測試(E，F(xiàn)截
面)。測試截面分布如圖2所示。
開平
圖2 測試截面分布(單位：n1)
該橋原設(shè)計荷載為汽一超20、掛一120，改擴建橋
設(shè)計荷載為公路I級，因此，本次荷載試驗將對兩種荷
載等級同時計算，以設(shè)計荷載較大者為試驗控制值，試
驗過程中加載分級將加密以確保試驗過程中結(jié)構(gòu)的安
全。各測試截面最大級試驗荷載加載效率見表1。
表1 各測試截面加載效率一覽表
測試 汽一 公路 測試 汽一 公路
截面 超20 I級 截面 超2O I級
A 1．o74 0．989 B 0．899 0．894
C 1．054 1．016 D 1．054 1．O16
E 0．859 0．810 F 1．030 0．959
3．1 承載能力測試結(jié)果
3．1．1 撓度測試結(jié)果
撓度測試分別針對A，c，D截面進行，從實測數(shù)據(jù)
來看，各測點的卸載殘余撓度較小，相對殘余均滿足
《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》 的要求(<
20％)，說明結(jié)構(gòu)在試驗荷載作用下整體處于彈性工
作狀態(tài)。表2中給出了最大級荷載作用下A，c，D截
面撓度測試結(jié)果。
由表2中數(shù)據(jù)可知，A，C，D截面實測結(jié)果均滿足
《評定規(guī)程》中校驗系數(shù) ≤1，撓跨比<1／600的要
求，即結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。此外，c，D截面實測
撓度值較為接近，說明結(jié)構(gòu)的對稱性較好。
40o
＼ ＼350
300 ． =-3．497x+257 25
墾 、 R -09996
200 ． ＼
饉150 - ＼ 。 ＼ 。
． ． ＼
表2 最大級荷載作用下A。c。D截面撓度測試結(jié)果
3．1．2 應力測試結(jié)果
從各測試截面實測應變可知，各測點的卸載殘余
應變均較小，除絕對值較小點外，其余各測點相對殘余
均滿足試驗規(guī)范的要求(<20％)，說明截面變形處于
彈性狀態(tài)。表3中給出了最大級荷載作用下A，B，C
截面應變測試結(jié)果，圖3、圖4為A，c截面實測應變沿
截面高度分布。
表3 最大級荷載作用下A，B，c截面應變測試結(jié)果
從表3及圖3、圖4可知：
①A～c截面，內(nèi)外側(cè)腹板實測應變沿截面高度
呈較好的線性分布關(guān)系，說明截面變形基本符合平截
0-
250 y= -4
． 190 4x+287．74
g 200
巨100
{I唾50
- 60 -40 -20 0 20 40 60 80 -20
實測應變／(x 1O )
(a)A截面外側(cè)腹板實測應變沿截面高度分布
0 20 40 60 80
實測應變，(X 10 )
【b)A截面內(nèi)側(cè)腹板實測應變沿截面高度分布
圖3 A截面實測應變沿截面高度分布
26 鐵道建筑
◆、、＼。5O
g Y 一1．360 8x+208 95
15o
＼ R2=0 992 2
’ ＼
暴loo ． ＼． ＼
50 ＼
＼ 3o0
- v=-1 442 8x+221 54
越200 ＼ R2=0 999 5
篷150 ．＼
糍 10500 。 ＼ ＼
一100 -50 0 50 10O 150 200 -100 -50 0 50 100 150 200
實測應變，(×lO ) 實測應變，(×10 )
(a)C截面外側(cè)腹板實測應變沿截面高度分布 (b)C截面內(nèi)側(cè)腹板實測應變沿截面高度分布
圖4 c截面實測應變沿截面高度分布
一應變測
～ 裂縫
圖5 斜裂縫專項測試測點布置
面假定；兩側(cè)腹板中性軸的實測平均高度均高于理論
值，說明橋面鋪裝和防撞墻等參與了結(jié)構(gòu)受力。
② 最大級試驗荷載作用下應變校驗系數(shù)滿足《評
定規(guī)程》中校驗系數(shù) ≤1的要求。
③ 各級試驗荷載作用下，截面受拉緣測點應變分布
均勻，沒有畸變和退化現(xiàn)象，說明結(jié)構(gòu)抗裂性滿足要求。
綜上所述，A～c截面在試驗荷載作用下，受力狀
態(tài)正常。
3．2 斜裂縫專項測試結(jié)果
E，F(xiàn)截面為斜裂縫截面，截面測點跨斜裂縫布置，
測點布置如圖5所示。
由斜裂縫的實測應變可知，各測點的卸載殘余應
變較小，相對殘余均滿足試驗規(guī)范要求(<20％)，這
說明卸載后裂縫寬度基本能夠恢復到原狀態(tài)；實測結(jié)
果表明，在試驗荷載作用下，E截面斜向裂縫的最大擴
展為100 x 10～x 150 mm=0．015 mm(E6測點)；F截面
兩條斜向裂縫的最大擴展分別為99 x 10 ×150 1"111'1=
0．015 mm(F6測點)、106 x 10～ x 150 mm=0．016 mm
(F1測點)，裂縫擴展量不大，但呈現(xiàn)出裂縫尖端的實
測應變數(shù)值相對較大的規(guī)律，這說明在荷載作用下裂
縫處于活躍狀態(tài)，裂縫存在進一步發(fā)展的趨勢。
4 結(jié)論
1)結(jié)構(gòu)承載能力檢算結(jié)果顯示，2004規(guī)范下墩頂
位置及L／4附近截面抗剪承載力不能滿足要求，邊墩、
次邊墩墩頂附近截面主拉應力不能滿足規(guī)范要求，這
與該橋斜裂縫位置有一定對應關(guān)系。
2)荷載試驗結(jié)果表明，該橋梁體受力基本能夠滿
足公路I級荷載的正常使用要求。
3)荷載試驗對斜裂縫測試結(jié)果顯示，跨裂縫測點
應變值不大，且從近幾年的檢測報告分析，裂縫狀態(tài)穩(wěn)
定，未繼續(xù)發(fā)展，說明結(jié)構(gòu)在目前的運營荷載下狀態(tài)基
本穩(wěn)定。但值得注意的是，運營荷載的增大及超載車
的作用可能會引起斜裂縫的發(fā)展，導致預應力損失和
梁體下?lián)系炔『Τ霈F(xiàn)，故建議對該類裂縫予以密切關(guān)
注，若發(fā)現(xiàn)裂縫發(fā)展應及時進行加固處理。
4)本次未對下部結(jié)構(gòu)進行檢測，考慮到該橋墩柱
高度較大，建議對水中樁基加強定期檢測工作。
參 考 文 獻
[1]中華人民共和國交通部．JTJ 021—89 公路橋涵設(shè)計通用
規(guī)范[s]．北京：人民交通出版社，1989．
[2]中華人民共和國交通部．JTG D60-2004 公路橋涵設(shè)計通
用規(guī)范[s]．北京：人民交通出版社，2004．
[3]中華人民共和國交通部．JTJ 023—85 公路鋼筋混凝土及
預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[s]．北京：人民交通出版社，
1989．
[4]中華人民共和國交通部．JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土
及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[s]．北京：人民交通出版
社，2004．
[5]中華人民共和國交通部．JTG／T J21—2011公路橋梁承載能
力檢測評定規(guī)程[s]．北京：人民交通出版社，2011．
(責任審編 周彥彥)

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