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预应力混凝土连续箱梁加宽改造后安全评估

文档作者：陈韵刘伯奇文档来源： 1．广东省佛开高速公路有限公司 2．中国铁道科学研究院		点击数：	更新时间： 2021年12月17日
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24
铁道建筑
Railway Engineering
文章编号：1003—1995(2015)06—0024—03
预应力混凝土连续箱梁加宽改造后安全评估
陈 韵 ，刘伯奇
(1．广东省佛开高速公路有限公司，广东广州 528231；2．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)
摘要：随着部分高速公路进行加宽改造工作，位于加宽改造区段的已建桥梁的荷载等级相应提高，同时
由于经过多年运营，部分桥梁已出现严重病害，因此须对此类桥梁重新进行安全评估。本文以广佛高速
公路上一座加宽改造后的预应力混凝土连续箱梁为例，采用桥梁博士软件，按新旧规范分别对桥梁进行
结构承栽能力检算；通过静载试验及针对结构病害的专项测试，对桥梁结构的工作状态和承载能力进行
综合评估；最后根据计算及实测结果对该桥提出相应的管养建议。此方法可为同类桥梁的安全评估提
供借鉴。
关键词：预应力混凝土连续箱梁 安全评估 加宽改造
中图分类号：U448．21 3 文献标识码：A DOI：10．3969／j．issn．1003-1995．2015．06．07
1 工程概况
广佛高速公路全程为全封闭互通立交，原设计为
双向四车道，设计时速为120 km／h，桥梁设计荷载等
级为汽一超20，挂一120，于1996年12月投入通车。
随着交通量的不断增加，于2009年起对K0～K46段
进行了加宽改造，加宽为双向八车道，加宽改造后桥梁
设计荷载等级为公路I级。
谢边立交跨线桥位于该加宽区段，该桥主桥为
(50+100+160+160+100+50)1TI变截面预应力混凝
土连续箱梁，采用悬拼施工，箱梁节段之间拼接缝采用
环氧水泥进行粘结，部分节段为现浇的湿接缝。该桥
采用三向预应力体系，纵向及横向预应力束采用高强
度钢绞线，竖向预应力束采用直径32 mm的精轧螺纹
钢筋。桥型及跨径布置如图1所示。该桥采用的加宽
改造方式为利用既有四车道桥梁改为单向通行，在桥
址附近新建四车道桥梁作为另一方向通行。该桥在加
宽改造之前的主要结构性病害是在20 ，21 ，25 ，26
墩顶附近梁体腹板处存在斜向开裂，裂缝大致呈45。
方向，裂缝宽度介于0．08—0．20 mm之间。
50
20 墩 21 墩—— 23 墩 24 墩
图1 桥型及跨径布置示意(单位：1"／1)
2 结构承载能力检算
根据相关的新旧规范 。 ，分别对既有桥梁进行
结构承载能力检算。采用桥梁博士软件，将全桥共分
为224个单元，225个结点，模拟施工过程建立了27
个施工步骤。
1)按85规范检算，结构各项指标满足规范要求。
2)按2004规范检算结果如下：
①抗弯承载能力极限状态满足规范要求；抗剪承
载能力极限状态检算显示墩顶附近和L／4附近截面不
能满足规范要求。
收稿日期：2014-12-15；修回日期：2015-02·03
作者简介：陈韵(1971一)，女，广东化州人，技术员。
②在短期效应组合下，除20 墩顶及26 墩顶梁体
上缘拉应力较大(分别为3．58 MP和3．12 MPa)，不满
足2004规范要求外，其它部位梁体混凝土法向拉应力
均满足2004规范要求；在短期效应组合下，除20 ，
2l ，25 和26 墩顶附近梁体出现主拉应力偏大外
(3．16 MPa)，其它部位均满足2004规范。
③ 在标准组合下，梁体最大主压应力为22．89
MPa，不满足2004规范要求。
④ 长期效应组合下，梁体各截面边缘混凝土法向
拉应力满足2004规范要求；标准组合下，梁体上缘最
大压应力为20．49 MPa，下缘最大压应力为15．71
MPa，均不满足2004规范要求。
检算结果显示，2004规范下墩顶位置及L／4附近
截面抗剪承载力不满足要求，边墩、次边墩墩顶附近截
2015年第6期 陈韵等：预应力混凝土连续箱梁加宽改造后安全评估 25
面主拉应力不满足规范要求，这与该桥墩顶附近腹板
斜裂缝位置有对应关系。
3 桥梁静载试验
根据连续梁桥受力特点，选择结构主要控制截面
进行静载试验，同时针对结构病害进行专项测试，了解
测试截面在试验荷载下的应变分布及变形，评定结构
苎
的工作状态和承载能力。对于该桥承载能力主要测试
截面有：次边跨最大正弯矩截面(A截面)、墩顶最大
负弯矩截面(B截面)、中跨最大正弯矩截面(C，D截
面，其中D截面作为c截面的对比截面只测试挠度)；
针对病害专项测试主要为斜裂缝专项测试(E，F截
面)。测试截面分布如图2所示。
开平
图2 测试截面分布(单位：n1)
该桥原设计荷载为汽一超20、挂一120，改扩建桥
设计荷载为公路I级，因此，本次荷载试验将对两种荷
载等级同时计算，以设计荷载较大者为试验控制值，试
验过程中加载分级将加密以确保试验过程中结构的安
全。各测试截面最大级试验荷载加载效率见表1。
表1 各测试截面加载效率一览表
测试 汽一 公路 测试 汽一 公路
截面 超20 I级 截面 超2O I级
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 承载能力测试结果
3．1．1 挠度测试结果
挠度测试分别针对A，c，D截面进行，从实测数据
来看，各测点的卸载残余挠度较小，相对残余均满足
《公路桥梁承载能力检测评定规程》 的要求(<
20％)，说明结构在试验荷载作用下整体处于弹性工
作状态。表2中给出了最大级荷载作用下A，c，D截
面挠度测试结果。
由表2中数据可知，A，C，D截面实测结果均满足
《评定规程》中校验系数 ≤1，挠跨比<1／600的要
求，即结构刚度满足规范要求。此外，c，D截面实测
挠度值较为接近，说明结构的对称性较好。
40o
＼ ＼350
300 ． =-3．497x+257 25
垦 、 R -09996
200 ． ＼
馑150 - ＼ 。 ＼ 。
． ． ＼
表2 最大级荷载作用下A。c。D截面挠度测试结果
3．1．2 应力测试结果
从各测试截面实测应变可知，各测点的卸载残余
应变均较小，除绝对值较小点外，其余各测点相对残余
均满足试验规范的要求(<20％)，说明截面变形处于
弹性状态。表3中给出了最大级荷载作用下A，B，C
截面应变测试结果，图3、图4为A，c截面实测应变沿
截面高度分布。
表3 最大级荷载作用下A，B，c截面应变测试结果
从表3及图3、图4可知：
①A～c截面，内外侧腹板实测应变沿截面高度
呈较好的线性分布关系，说明截面变形基本符合平截
0-
250 y= -4
． 190 4x+287．74
g 200
巨100
{I唾50
- 60 -40 -20 0 20 40 60 80 -20
实测应变／(x 1O )
(a)A截面外侧腹板实测应变沿截面高度分布
0 20 40 60 80
实测应变，(X 10 )
【b)A截面内侧腹板实测应变沿截面高度分布
图3 A截面实测应变沿截面高度分布
26 铁道建筑
◆、、＼。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
实测应变，(×lO ) 实测应变，(×10 )
(a)C截面外侧腹板实测应变沿截面高度分布 (b)C截面内侧腹板实测应变沿截面高度分布
图4 c截面实测应变沿截面高度分布
一应变测
～ 裂缝
图5 斜裂缝专项测试测点布置
面假定；两侧腹板中性轴的实测平均高度均高于理论
值，说明桥面铺装和防撞墙等参与了结构受力。
② 最大级试验荷载作用下应变校验系数满足《评
定规程》中校验系数 ≤1的要求。
③ 各级试验荷载作用下，截面受拉缘测点应变分布
均匀，没有畸变和退化现象，说明结构抗裂性满足要求。
综上所述，A～c截面在试验荷载作用下，受力状
态正常。
3．2 斜裂缝专项测试结果
E，F截面为斜裂缝截面，截面测点跨斜裂缝布置，
测点布置如图5所示。
由斜裂缝的实测应变可知，各测点的卸载残余应
变较小，相对残余均满足试验规范要求(<20％)，这
说明卸载后裂缝宽度基本能够恢复到原状态；实测结
果表明，在试验荷载作用下，E截面斜向裂缝的最大扩
展为100 x 10～x 150 mm=0．015 mm(E6测点)；F截面
两条斜向裂缝的最大扩展分别为99 x 10 ×150 1"111'1=
0．015 mm(F6测点)、106 x 10～ x 150 mm=0．016 mm
(F1测点)，裂缝扩展量不大，但呈现出裂缝尖端的实
测应变数值相对较大的规律，这说明在荷载作用下裂
缝处于活跃状态，裂缝存在进一步发展的趋势。
4 结论
1)结构承载能力检算结果显示，2004规范下墩顶
位置及L／4附近截面抗剪承载力不能满足要求，边墩、
次边墩墩顶附近截面主拉应力不能满足规范要求，这
与该桥斜裂缝位置有一定对应关系。
2)荷载试验结果表明，该桥梁体受力基本能够满
足公路I级荷载的正常使用要求。
3)荷载试验对斜裂缝测试结果显示，跨裂缝测点
应变值不大，且从近几年的检测报告分析，裂缝状态稳
定，未继续发展，说明结构在目前的运营荷载下状态基
本稳定。但值得注意的是，运营荷载的增大及超载车
的作用可能会引起斜裂缝的发展，导致预应力损失和
梁体下挠等病害出现，故建议对该类裂缝予以密切关
注，若发现裂缝发展应及时进行加固处理。
4)本次未对下部结构进行检测，考虑到该桥墩柱
高度较大，建议对水中桩基加强定期检测工作。
参 考 文 献
[1]中华人民共和国交通部．JTJ 021—89 公路桥涵设计通用
规范[s]．北京：人民交通出版社，1989．
[2]中华人民共和国交通部．JTG D60-2004 公路桥涵设计通
用规范[s]．北京：人民交通出版社，2004．
[3]中华人民共和国交通部．JTJ 023—85 公路钢筋混凝土及
预应力混凝土桥涵设计规范[s]．北京：人民交通出版社，
1989．
[4]中华人民共和国交通部．JTG D62-2004 公路钢筋混凝土
及预应力混凝土桥涵设计规范[s]．北京：人民交通出版
社，2004．
[5]中华人民共和国交通部．JTG／T J21—2011公路桥梁承载能
力检测评定规程[s]．北京：人民交通出版社，2011．
(责任审编 周彦彦)

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