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預應力混凝土連續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：	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，位于加寬改造區段的已建橋梁的荷載等級相應提高，同時
由于經過多年運營，部分橋梁已出現嚴重病害，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箱梁為例，采用橋梁博士軟件，按新舊規范分別對橋梁進行
結構承栽能力檢算；通過靜載試驗及針對結構病害的專項測試，對橋梁結構的工作狀態和承載能力進行
綜合評估；最后根據計算及實測結果對該橋提出相應的管養建議。此方法可為同類橋梁的安全評估提
供借鑒。
關鍵詞：預應力混凝土連續箱梁 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，原設計為
雙向四車道，設計時速為120 km／h，橋梁設計荷載等
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
設計荷載等級為公路I級。
謝邊立交跨線橋位于該加寬區段，該橋主橋為
(50+100+160+160+100+50)1TI變截面預應力混凝
土連續箱梁，采用懸拼施工，箱梁節段之間拼接縫采用
環氧水泥進行粘結，部分節段為現澆的濕接縫。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構性病害是在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 結構承載能力檢算
根據相關的新舊規范 。 ，分別對既有橋梁進行
結構承載能力檢算。采用橋梁博士軟件，將全橋共分
為224個單元，225個結點，模擬施工過程建立了27
個施工步驟。
1)按85規范檢算，結構各項指標滿足規范要求。
2)按2004規范檢算結果如下：
①抗彎承載能力極限狀態滿足規范要求；抗剪承
載能力極限狀態檢算顯示墩頂附近和L／4附近截面不
能滿足規范要求。
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規范要求外，其它部位梁體混凝土法向拉應力
均滿足2004規范要求；在短期效應組合下，除20 ，
2l ，25 和26 墩頂附近梁體出現主拉應力偏大外
(3．16 MPa)，其它部位均滿足2004規范。
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規范要求。
檢算結果顯示，2004規范下墩頂位置及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：預應力混凝土連續箱梁加寬改造后安全評估 25
面主拉應力不滿足規范要求，這與該橋墩頂附近腹板
斜裂縫位置有對應關系。
3 橋梁靜載試驗
根據連續梁橋受力特點，選擇結構主要控制截面
進行靜載試驗，同時針對結構病害進行專項測試，了解
測試截面在試驗荷載下的應變分布及變形，評定結構
苧
的工作狀態和承載能力。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)
該橋原設計荷載為汽一超20、掛一120，改擴建橋
設計荷載為公路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構的安
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 承載能力測試結果
3．1．1 撓度測試結果
撓度測試分別針對A，c，D截面進行，從實測數據
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程》 的要求(<
20％)，說明結構在試驗荷載作用下整體處于彈性工
作狀態。表2中給出了最大級荷載作用下A，c，D截
面撓度測試結果。
由表2中數據可知，A，C，D截面實測結果均滿足
《評定規程》中校驗系數 ≤1，撓跨比<1／600的要
求，即結構剛度滿足規范要求。此外，c，D截面實測
撓度值較為接近，說明結構的對稱性較好。
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截面撓度測試結果
3．1．2 應力測試結果
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
均滿足試驗規范的要求(<20％)，說明截面變形處于
彈性狀態。表3中給出了最大級荷載作用下A，B，C
截面應變測試結果，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截面應變測試結果
從表3及圖3、圖4可知：
①A～c截面，內外側腹板實測應變沿截面高度
呈較好的線性分布關系，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截面內側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截面外側腹板實測應變沿截面高度分布 (b)C截面內側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構受力。
② 最大級試驗荷載作用下應變校驗系數滿足《評
定規程》中校驗系數 ≤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，沒有畸變和退化現象，說明結構抗裂性滿足要求。
綜上所述，A～c截面在試驗荷載作用下，受力狀
態正常。
3．2 斜裂縫專項測試結果
E，F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范要求(<20％)，這
說明卸載后裂縫寬度基本能夠恢復到原狀態；實測結
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，但呈現出裂縫尖端的實
測應變數值相對較大的規律，這說明在荷載作用下裂
縫處于活躍狀態，裂縫存在進一步發展的趨勢。
4 結論
1)結構承載能力檢算結果顯示，2004規范下墩頂
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范要求，這
與該橋斜裂縫位置有一定對應關系。
2)荷載試驗結果表明，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，裂縫狀態穩
定，未繼續發展，說明結構在目前的運營荷載下狀態基
本穩定。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展，導致預應力損失和
梁體下撓等病害出現，故建議對該類裂縫予以密切關
注，若發現裂縫發展應及時進行加固處理。
4)本次未對下部結構進行檢測，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 公路橋涵設計通用
規范[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 公路橋涵設計通
用規范[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計規范[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計規范[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
力檢測評定規程[s]．北京：人民交通出版社，2011．
(責任審編 周彥彥)

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