箱梁超方调查研究

高小华 林新元 牛平霞

从20世纪70年代开始,中国公路上开始修建大跨度预应力混凝土箱梁桥,进入20世纪80年代后,预应力混凝土连续箱梁桥和预应力混凝土箱梁连续刚构桥得到了迅猛发展,现已成为中国大跨度桥梁的主要桥型之一。

在美国等发达国家,预应力混凝土箱梁桥使用很成功,结构的缺陷率也较低。文献[1]中的数据表明,美国各类公路预应力混凝土桥梁的缺陷率仅为3.3%～6.6%,但是中国建造的预应力混凝土连续箱梁桥在竣工之后,短则 3年,多则5年～6年,大跨度预应力混凝土箱梁桥无一例外地会出现开裂现象,具有明显的普遍性,这其中以20世纪90年代修建的桥梁开裂最为严重,小于100 m和大于150 m的箱梁桥相对其他跨度开裂程度也较重,桥型间的开裂没有本质的区别[2]。为此,中国学者、工程技术人员对此进行了研究。目前的研究是根据一些预应力混凝土连续梁出现裂缝形态及其他病害的情况,采用结构分析方法来说明裂缝原因,对箱梁使用性能和承载能力进行推测分析。但是,这些研究都只能建立在箱梁的原设计图纸、常规施工工艺、常用材料基础上,对施工中许多构件尺寸及施工质量偏差没有加以考虑,无法了解较真实的预应力混凝土箱梁建成后的内在质量,因而难以全面对预应力混凝土连续箱梁的结构性能进行分析研究,导致对产生结构病害的原因有一些偏差。

虽然各国规范一般都对混凝土超方进行了限定,以避免过量超方显著影响结构的自重作用效应,但实际有关箱梁混凝土超方率尚缺乏有指导价值的统计资料,设计计算中无法准确考虑混凝土超方对结构应力状态和变形的影响[3]。笔者对某高速公路中的3座桥梁在拆除过程中的节段尺寸进行调查分析,调查统计箱梁混凝土的超方率、混凝土保护层厚度及孔道灌浆质量的真实数据,其成果对公路预应力混凝土箱梁开裂的相关研究提供了一定的依据。

1 现场调查和统计方法

对于截面尺寸的测量,测量点见图1。由测试截面的实测尺寸得到计算面积,与相应位置箱梁截面的设计面积进行比较,判断箱梁的混凝土超方或者少方。实际测量箱梁截面时,由于现浇混凝土铺装层未预先去除,实际测量的箱梁顶板厚度包括了现浇混凝土铺装层的厚度。统计混凝土超方或者少方时,由于只测量了部分截面尺寸并得到实际的面积,所以假定在箱梁节段两个测试截面之间截面的实际面积与测试截面相同。具体图示见图2。

图2中如果只测试得到节段的一个截面,则该节段的超方量统计按照一个截面的面积超过设计面积的水平计算,如果两个截面均测试得到,则该节段的超方量计算分别按照每个截面的面积超过设计面积的和取平均值计算。

为了对混凝土超方原因进行分析,进一步将箱梁截面的尺寸分为顶板厚度、底板厚度和腹板厚度分别与设计值进行对比。进行箱梁截面实际测量时,由于箱梁拆除时,现浇混凝土铺装层未预先去除,所以测得的顶板厚度包括了现浇混凝土铺装层的厚度。

对单箱双室箱梁分顶板、底板和腹板分别进行实测尺寸和设计尺寸的对比,其中腹板厚度取两个腹板厚度的平均值。

表1 箱梁节段混凝土超方调查结果

表2 箱梁截面不同位置的尺寸和设计图的对比

2 箱梁拆除与现场调查

对中跨、边跨箱梁各拆除节段进行了详细调查,调查了11个拆除下来的箱梁。箱梁截面尺寸调查结果和箱梁混凝土的超方有密切联系。大桥箱梁切割了翼缘板后,再切割主箱,因而截面尺寸调查中不包括翼缘板已切割掉的部分。现场量测后整理的箱梁节段截面结果与设计尺寸得到的结果比较见表1。

由表1可见,编号为SZ5梁段的混凝土超方量最大达到了17.38%,此节段正处于中跨箱梁的1/4跨处附近,编号SZ6梁段的混凝土超方量最小,也达到10%。已调查的箱梁总体的混凝土超方量较大,达到14.14%。

表3 箱梁截面不同位置的尺寸和设计图的对比

为了进一步分析超方原因,将箱梁截面不同位置的调查尺寸和设计图纸进行了比较。详细结果见表2～表4。表2～表4中的顶板厚度包括混凝土现浇层的厚度。

表4 箱梁截面不同位置的尺寸和设计图的对比

从表2～表4可以看到,大桥箱梁的混凝土超方以顶板厚度超过设计值最大,达到20.43%,底板的尺寸和设计值相比超过的比例最小,但是也达到9.72%。

3 结语

1)基于旧桥拆除工程,提出现场测试箱梁超方的工程措施。2)对于本文箱梁,大桥箱梁的混凝土超方以顶板厚度超过设计值最大,达到20.43%,底板的尺寸和设计值相比超过的比例最小,但是也达到9.72%。本文结果对我国其余同类型的箱梁病害成因分析具有一定的参考价值。

[1] 周 履.美国各类公路桥梁的结构缺陷率及使用寿命期望值的统计数据(1950～1994)[J].国外桥梁,1999(3):37.

[2] 王国亮,谢 峻,傅宇方.在用大跨度预应力混凝土箱梁桥裂缝调查研究[J].公路交通科技,2008,25(8):52-56.

[3] 谢 峻,王国亮,郑晓华.大跨径预应力混凝土箱梁桥长期下挠问题的研究现状[J].公路交通科技,2007,24(1):47-50.