空心板桥加固技术的研究现状

近年来我国交通运输事业迅速发展，公路桥梁建设取得了巨大成就。在各式公路桥梁中，装配式预应力混凝土空心板桥具有建筑高度较低、预制方便、用材经济等特点，是中小跨径桥梁中最常用桥型之一。以河南省为例，空心板桥占省内桥梁总数50%以上。然而，随着桥梁服役时间增长及重载交通等因素影响，大量旧空心板桥出现病害，尤其是早期建造的空心板桥，承载力较低，且多采用小企口缝进行连接，部分桥梁已出现单板受力的情况，危及桥梁安全，成为公路运营的隐患。目前，国内在役空心板桥有相当大的部分需要提升承载力或进行加固维修。对于一些有一定承载力且损坏不大的空心板梁桥，如何通过适当的加固措施，可以使旧桥变新，承载力提升，恢复其通行要求，延长其使用寿命。国内外空心板桥加固技术研究现状世界各国不论是发达国家还是发展中国家，无一不把已建桥梁视为国家的宝贵财富，竞相投入了大量的人力、物力，不断加强现有桥梁维修、养护、加固与改造。1.桥面补强层加固桥面补强层加固，即通过加强桥面铺装层结构强度，采取措施使原桥跨结构与铺装层形成整体，增大主梁有效高度及抗弯能力来改善行车条件和桥梁横向分布荷载能力。

图桥面补强层结构示意

桥面补强层加固有如下特点：①施工时需凿除原有桥面铺装，同时考虑到新旧混凝土相结合，新浇混凝土的干燥收缩影响等，尚需设置连接钢筋和钢筋网；②桥面补强加固后，自重增加，承载能力提高不显著，此法利于在抗压截面较小的场合使用。③该法能提高铰缝的工作性能，改善空心板桥荷载的横向分布，提高桥梁的整体受力效果。除非空心板铰缝破坏病害十分严重，对于只是提高空心板桥横向整体性的加固而言，不宜单独采用桥面补强层加固。采用本方法加固时应视加固效果、受力分析来考虑是否配合其他的加固方法，以达到整体性和承载力均提高的效果，不推荐单独使用。2.体外横向预应力加固体外横向预应力加固原理为通过施加横向预应力使桥板横向下缘混凝土处于受压状态，平衡了横向弯矩，消除了应力集中的薄弱环节。空心板间可以同时传递竖向剪力和弯矩，变铰接板结构形式为刚接板结构形式，以增强装配式板桥的横向联结能力，改善了桥梁的横向分布，从而可提高装配式板桥的承载能力。近年来，体外横向预应力加固法在空心板桥的加固中应用逐渐增多。

图横向体外预应力索示意

体外预应力加固法作为一种主动加固方法，不存在应力滞后现象，保证了空心板间整体协同工作。采用该法对空心板桥进行整体性加固，同样存在一定缺陷。这些缺点在一定程度上限制了体外预应力的应用。①横向预应力法加固改变了装配式空心板梁桥结构的受力体系（铰接变刚接），增大了横向弯矩，导致板梁原有底板纵向裂缝的加剧和新纵向裂缝的出现。②需要通过增加配筋或特殊措施来克服张拉体外预应力时锚固区产生的局部应力。③本加固方法有的需在板梁上打孔，穿预应力束，会破坏原有结构。④加固时需要可靠的锚固条件，预应力筋的防腐成本高，且技术难度大，施工工艺较为繁琐。3.横向粘贴钢板加固横向粘贴钢板加固是用粘结剂及锚栓把钢板粘贴锚固在混凝土结构的薄弱部位，将钢板与被加固的混凝土结构形成整体，可以提高结构承载力、刚度及延性。

a）通长b）局部图横向粘贴钢板示意

工程上较为成熟的粘贴方式有两种，一种是横桥向通长整体粘贴，一种是将钢板横桥向垂直粘贴锚固在空心板铰缝处，使相邻空心板共同受力。横向粘贴钢板加固法对交通影响小、不改变原结构尺寸、技术可靠、工艺成熟且短期加固效果好。同时也存在以下缺陷：①在短期内本加固方法钢板粘结较为牢固，钢板通过粘钢胶与板梁共同受力。在汽车荷载的长期反复作用下，铰缝两侧板梁容易发生竖向变位，进而引起钢板的错动，造成钢板的剪切破坏、锚固失效及脱落。若铰缝存在渗漏水现象，钢板的剥离脱落速度将更快。②采用本加固方法增加了加固后的铰缝传递横向弯矩的能力，但在荷载反复作用下容易导致板梁出现新的底板纵向裂缝或加剧原有纵向裂缝病害。③为了加强钢板与空心板的连接，一般需要在空心板表面钻孔，因而会造成空心板的损伤。④由于桥梁加固通常是在不卸载的情况进行，故钢板在受力过程中存在着应力滞后现象。加固前原结构已存在一定应力，而所粘贴的钢板仅在加荷载后才产生应力。⑤另外，粘贴钢板锚固结点的处理比较困难，钢板防腐的成本高，施工工艺亦较为复杂。4.Π形钢板加固Π形钢板加固板梁是一项新型加固技术，它是指沿空心板纵向利用Π形钢板将相邻空心板连接起来，Π形钢板与空心板之间采用胶粘剂、膨胀螺丝连接，进而可以把荷载传递到钢板，使钢板与空心板协同工作。这种加固方法充分发挥了钢的材料特性，混凝土主梁的刚度与强度得到了提高。该加固方法施工快速简便、经济可靠，并能有效提高主梁的抗弯、抗剪能力。

图Π形钢板加固局部示意

底部采用Π形钢板加固后桥梁的整体性都得到了大大的加强，各项受力情况都有所降低。长安大学胡庆安等利用ANSYS程序对Π形钢板加固法进行有限元数值模拟，在提高桥梁承载力方面得出以下结论：①Π形钢板加固能提高主梁抗弯剪能力，有效地控制梁的弯曲变形与主应力。在同样的用钢量条件下，Π形钢板加固加固效果高于粘贴钢板加固。②Π形钢板其他尺寸不变，随着肋板高度变化，加固主梁的最大竖向挠度、最大压应力均呈线性变化，可以根据工程需要，利用简单的数学插值计算，即可得出所需的肋板高度。③同样的用钢量条件下进行主梁Π形钢板加固，提高主梁抗弯剪能力，肋板高度比肋板厚度起的作用大；增大板肋板高度加固效果高于增大肋板厚度。Π形钢板加固不仅能改善横向联系，提高桥梁整体性，还能提高空心板桥受力性能，在今后空心板桥加固设计中可以作为一种可行的加固方案予以考虑。5.去梁增肋加固去梁增肋加固法是针对多梁式桥梁提出的一种新颖的体系加固法，加固思路是：去掉个别（1或2片）损伤较严重的空心板，剩余空心板维修后在原桥梁宽度范围内重新间隔排列，利用旧板之间的空间新增预应力混凝土梁肋，新增梁肋内布设钢铰线和普通钢筋，与旧板共同承担荷载。

图去梁增肋加固示意

①去梁增肋加固法由于增加了材料用量，施工时要起吊梁板，工程量稍大。②施工技术难度小，改善了旧梁板的横向分布，新增的预应力混凝土梁肋对原结构整体刚度和承载力都有明显提升。③旧板吊起后可以进行检查维修，加固方法可靠易行，在旧板裂缝严重的情况下是较为适宜的加固方法。6.纵向粘贴加固纵向粘贴加固法常用的加固材料为钢板和纤维复合材料，国内还最新开展了粘贴竹片加固空心板的试验研究。纵向粘贴加固材料可提高空心板的承载能力。粘贴钢板的加固方法的施工工艺及优缺点与横向粘贴钢板大致相同，不再详细介绍。粘贴纤维复合材料加固法是用专门配置的粘贴树脂或浸渍树脂将具有高弹性模量或高强度的纤维复合材料粘贴在桥梁混凝土构件表面，使复合材料与原构件形成整体，目前常用的纤维复合材料为CFRP（CarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic，碳纤维增强复合材料）。研究人员通过空心板试验、数值模拟、理论分析证明，粘贴纤维复合材料加固空心板可有效提高截面抗弯承载能力，尤其是构件的屈服荷载和极限荷载显著提高，对钢筋混凝土构件耐久性也有重要作用。存在问题虽然工程界已经提出了一系列空心板桥整体加固方法，但在役空心板梁桥的加固方面但还存在亟待解决的问题。本文介绍了关于“空心板桥加固技术的研究现状”的内容。欢迎登陆鲁班乐标，查询更多相关信息。