大跨度预应力混凝土桥梁加固策略分析

1. 引言

在公路和市政工程中，大跨度预应力混凝土桥梁因其卓越的结构性能而被广泛采用。然而，由于混凝土的收缩徐变、预应力钢束的损失、超载及施工缺陷等多重因素，这些桥梁常出现持续下挠和开裂等病害，严重威胁其安全和功能。因此，探索有效的加固改造方案变得尤为迫切。

2. 桥梁现状

以某大桥为例，该桥主桥为（65+100+65）米预应力混凝土连续箱梁。目前，桥梁主要病害包括主跨的持续下挠和顶板及腹板的裂缝扩展。

3. 病害原因分析

桥面铺装厚度超标：实际铺装厚度普遍超过设计厚度，导致跨中挠度显著增加，主跨下挠加剧。

超载问题：超载车辆对桥梁的影响显著，导致预应力钢束疲劳损伤，结构刚度降低，桥面板开裂。

预应力损失：预应力钢束的损失显著，特别是跨中截面的预应力损失，影响了桥梁的承载能力。

施工误差：施工过程中的模板安装偏差、立模高程偏差和合拢误差等，均对桥梁的内力和位移产生不利影响。

4. 加固改造方案研究

斜拉桥加固方案：通过在主墩处增设“H”形桥塔和斜拉索，改善主梁应力状况，控制挠度。但此方案存在减少桥下通航净空、施工复杂等问题。

减载措施：包括更换钢筋砼防撞栏为钢护栏、重新调坡减少铺装层厚度、采用轻质混凝土、清除施工遗留浮浆等，以减轻桥梁自重。

体外预应力：在主跨跨中采用体外预应力钢束，提高主梁的抗裂性和承载力，但对挠度改善效果有限。

5. 加固效果分析

通过综合分析，推荐采用轻质混凝土置换桥面系与体外预应力相结合的加固改造方案。计算结果表明，加固后主桥的抗力和抗裂性能满足设计规范要求，主跨跨中最大竖向位移比加固前上拱5.01厘米，达到了预期目的。

6. 结论

本文提出的加固改造方案，通过理论计算和实际应用验证，均显示出良好的效果。轻质混凝土置换和体外预应力的结合使用，不仅改善了桥梁的承载能力和抗裂性，还有效控制了挠度，为同类桥梁的加固改造提供了有益的参考。

7. 结语

面对已建大跨预应力混凝土桥梁的病害问题，合理的加固改造方案是确保其安全运营和正常使用的关键。本文的研究和实践表明，通过科学的分析和精心的设计，可以有效解决桥梁的病害问题，延长其使用寿命。