1、概述

　　武漢市漢施公路某橋?yàn)橐蛔�大斜度斜交橋，斜交角達(dá)。主橋?yàn)樗目缫宦?lián)的普通鋼筋混凝土箱梁，橋跨布置為(29+35+35+29)m，橋梁總長(zhǎng)為132 m，主梁結(jié)構(gòu)上、下行兩幅完全分離，斷面為單箱單室。該橋于1989年動(dòng)工，1992年竣工驗(yàn)收并交付使用。

　　最近幾年，公路養(yǎng)護(hù)部門(mén)發(fā)現(xiàn)主橋梁端與橋頭搭板間有橫向錯(cuò)位現(xiàn)象，并且這種情況逐年在加劇。使用部門(mén)組織相關(guān)單位對(duì)主橋進(jìn)行了全面的檢查。

　　2、病害情況介紹

　　該橋主橋的病害缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　(1)梁體錯(cuò)位。主梁梁端與橋臺(tái)之間錯(cuò)位，這是該橋最為明顯的破壞形態(tài)。從橋面上看，梁體相對(duì)于橋頭搭板向主梁的銳角方向錯(cuò)位。施崗側(cè)的錯(cuò)位較漢口側(cè)嚴(yán)重，上、下游梁的橫向錯(cuò)位均達(dá)11．2cm。漢口側(cè)上游梁的橫向錯(cuò)位為3．3 cm，下游梁的橫向錯(cuò)位為4．6 cm。見(jiàn)圖1。

　　(2)支座橫向偏移�，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，兩梁端橋臺(tái)處的支座發(fā)生了嚴(yán)重的橫向偏移。梁體相對(duì)于橋臺(tái)，發(fā)生了明顯的向主梁銳角側(cè)的偏移，導(dǎo)致設(shè)置在橋臺(tái)處的盆式橡膠支座因位移量過(guò)大而破壞。各支座的破壞情況是：漢口岸上游梁上、下游支座的偏移量均為3 cm；漢口岸下游梁上、下游支座的偏移量為6 cm，由于偏移量過(guò)大，兩支座限位鋼裙被剪切破壞；施崗側(cè)上游梁上、下游支座的偏移量均為5cm；施崗側(cè)下游梁上、下游支座的偏移量為6 cm，由于偏移量過(guò)大，兩支座限位鋼裙也被剪切破壞。具體見(jiàn)圖2。

　　

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　　(3)橋頭搭板位移。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，橋頭搭板相對(duì)于橋臺(tái)有向河中偏移的傾向。以工程竣工時(shí)搭板支腳的中心線(xiàn)為基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量，漢口側(cè)上下游橋頭
搭板相對(duì)于橋臺(tái)向河中的位移量分別為6，5 cm；而施崗側(cè)上下游橋頭搭板相對(duì)于橋臺(tái)向河中的位移量分別為4，5 cm。

　　(4)主梁裂縫。主橋主梁發(fā)現(xiàn)許多裂縫，主要分布在腹板、底板及頂板上，尤以腹板最多，且超過(guò)0．2 m m的裂縫也多位于腹板上。腹板裂紋主要是剪切區(qū)(跨支座1/4跨范圍)剪切斜裂紋，正彎矩區(qū)(跨中1/2跨范圍內(nèi))的豎向彎曲裂紋和支座附近負(fù)彎矩區(qū)的豎向裂紋(發(fā)源于腹板位置)，另外，剪切區(qū)還有一些豎向裂紋。底板裂紋相對(duì)較少，寬度也較小。頂板裂紋數(shù)量較多，但一般都比較細(xì)小，絕大多數(shù)裂紋的寬度在0．15 mm 以?xún)?nèi)，一般局限于距腹板1．5 m 的范圍內(nèi)，但在中間兩跨的跨中附近，有幾條裂紋從腹板一直延伸到外邊緣，且有滲水現(xiàn)象，寬度均在0．2 mm 以上。

　　(5)兩端伸縮縫被雜物堵死，已經(jīng)失去伸縮性能。

　　(6)梁體外觀。下游第2跨(從漢口岸數(shù)起)底板有大面積露筋現(xiàn)象，鋼筋銹蝕，混凝土脫落或變粉。這是由于此處底板沒(méi)有有效地設(shè)置鋼筋保護(hù)層，有些地方甚至沒(méi)有保護(hù)層，而有些部位保護(hù)層太薄。此種現(xiàn)象顯然是施工時(shí)保護(hù)層墊塊失效導(dǎo)致鋼筋直接放置在模板上造成的。在下游第3跨底板上有局部混凝土松散層，松散混凝土呈灰褐色，似碎樹(shù)葉，用小錘即可輕輕敲掉。

　　(7)橋面狀況。由于橋面有裂紋，導(dǎo)致橋面防水功能的降低，特別是下游梁橋面裂紋寬度較大，雨水滲過(guò)橋面防水層侵蝕梁體。下游梁橋面鋪裝層己?jiǎn)适Х浪�能力�?br />
　　(8)其他。梁上欄桿與搭板上的欄桿之間有與梁端相似的錯(cuò)位，而且，因兩者抵觸，接縫處欄桿已破壞。欄桿的病害原因與引起梁端錯(cuò)位的原因是一致的。

　　3、主梁結(jié)構(gòu)的空間受力計(jì)算

　　本橋?yàn)榇蠼嵌刃苯粯�，斜交角度達(dá)41。，并且結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜(例如：在支承位置不僅設(shè)置了斜隔板，而且還在每道斜隔板兩端各加設(shè)了1道直隔板)，普通的直橋設(shè)計(jì)、分析理論已不能滿(mǎn)足要求。在受力方面，與一般的正交橋相比，斜交橋有如下的差別：① 縱向彎矩(主彎矩)減��；② 反力分布不均勻；③橫向彎矩變化幅度較正交橋大；④ 扭矩變化劇烈，且與抗扭剛度有關(guān)；⑤ 在橋面平面內(nèi)有位移(爬動(dòng)、蠕動(dòng))。而目前有關(guān)斜橋的實(shí)用計(jì)算分析方法還很不完善，為了對(duì)結(jié)構(gòu)能夠盡量做到精確分析，從而得出橋跨結(jié)構(gòu)受力的正確結(jié)果，為病害整治提供依據(jù)，為此利用SAP通用程序?qū)χ髁航Y(jié)構(gòu)進(jìn)行空間受力分析計(jì)算。計(jì)算模型說(shuō)明如下：

　　(1)模型沿縱橋向取上游幅全橋計(jì)算，即129m，按縱橋向(斜向"")平均1m 的間距劃分單元。全橋模型的節(jié)點(diǎn)數(shù)為9 486個(gè)；單元數(shù)為4 986個(gè)。

　　(2)坐標(biāo)系�？傮w坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在橋梁上翼緣銳角處邊沿線(xiàn)與此處橫梁外邊沿線(xiàn)的交點(diǎn)；以向橋跨跨中方向?yàn)閦軸正方向；以橫橋向向模型方向?yàn)檩S正方向；豎直向上為Y軸正方向。

　　(3)采用三維8節(jié)點(diǎn)塊單元，即Super SAP91中規(guī)定的第五類(lèi)單元；采用非協(xié)調(diào)位移模式；依據(jù)所劃分單元的規(guī)則程度，按中等扭曲程度的單元模式計(jì)算。

　　(4)材料按C50混凝土考慮，不考慮普通鋼筋的作用；將梁體看成理想均質(zhì)各向同性線(xiàn)彈性材料；不考慮混凝土的開(kāi)裂影響；彈性模量E=3．5×10MPa，容重，""。，泊松比u=0．167，剪切模量G=1．51×10 MPa，線(xiàn)膨脹系數(shù)口a=1．0×10。

　　(5)邊界條件。按實(shí)際設(shè)置支座的性質(zhì)，將各支座模擬成邊界元，各邊界元的性質(zhì)為：除3號(hào)墩處支點(diǎn)為固定邊界元(但各方向的轉(zhuǎn)動(dòng)釋放)，其余各墩、臺(tái)均只約束重力方向，其他方向自由度均釋放。

　　(6)加載工況(共7個(gè)工況)。

　　為了判斷結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)及加固施工階段的受力特性，進(jìn)行了以下的工況加載：工況1，恒載+活載及恒載單獨(dú)作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況；工況2，恒載+結(jié)構(gòu)升、降溫35℃ ，用來(lái)判斷升、降溫時(shí)結(jié)構(gòu)的位移變化情況；工況3，恒載+結(jié)構(gòu)降溫2O℃ ，用來(lái)模擬結(jié)構(gòu)混凝土的收縮。

　　施工階段的計(jì)算工況有以下：工況4，1號(hào)橋臺(tái)處支點(diǎn)起頂2 cm；工況5，1號(hào)橋臺(tái)及2號(hào)橋墩處支點(diǎn)均起頂2 cm；工況6，1號(hào)橋臺(tái)，2號(hào)、3號(hào)橋墩處支點(diǎn)均起頂2cm；工況7，1號(hào)橋臺(tái)，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)橋墩處支點(diǎn)均起頂2 cin。分別計(jì)算工況4～7時(shí)結(jié)構(gòu)各部分的應(yīng)力分布，以判斷起頂量的合適與否。

　　4、病害原因分析

　　4．1 梁體錯(cuò)位

　　這是本橋最明顯、直接的破壞形態(tài)，其他破壞情況均與此有或多或少的關(guān)系。梁體錯(cuò)位產(chǎn)生的原因是復(fù)雜的，通過(guò)對(duì)本橋的空間計(jì)算分析，可以認(rèn)為是下面的因素：

　　本橋?yàn)橐淮蠼嵌鹊男苯粯�，從前面可知，與一般的正交橋相比，斜交橋在平面內(nèi)有位移(爬動(dòng)、蠕動(dòng))的特性，本橋梁體錯(cuò)位的病害形態(tài)充分地說(shuō)明了這一特點(diǎn)。

　　根據(jù)有關(guān)的資料，引起斜橋在平面內(nèi)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的原因主要有如下幾種：

　　縱向制動(dòng)力；

　　橫向風(fēng)力；

　　溫度變化，混凝土伸縮、徐變。

　　通過(guò)對(duì)前面有關(guān)計(jì)算結(jié)果的分析，可以得知其中的溫度變化是引起斜橋在平面內(nèi)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的最主要原因。這與養(yǎng)護(hù)部門(mén)反映的梁體的橫向錯(cuò)位在夏季的升溫季節(jié)發(fā)展最快的觀察報(bào)告是一致的，因此可以判斷梁端錯(cuò)位與溫度變化有關(guān)。模擬結(jié)構(gòu)溫度變化的空間分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

　　

　　4．2 梁體裂紋

　　在箱梁結(jié)構(gòu)中，腹板的受力是最復(fù)雜的，所以也最容易出現(xiàn)問(wèn)題。對(duì)鋼筋混凝土箱梁，腹板上最易出現(xiàn)裂紋。本橋也是腹板開(kāi)裂最為嚴(yán)重。從受力上來(lái)看，腹板不僅主要承擔(dān)剪力，同時(shí)還要承擔(dān)部分彎矩，腹板會(huì)因彎剪作用產(chǎn)生主拉應(yīng)力而開(kāi)裂。腹板上的大部分斜向裂紋和跨中附近的豎向裂紋主要是由于梁體受彎剪或單獨(dú)受彎產(chǎn)生的，由于豎向剪力的作用使得裂紋從跨中豎直向兩側(cè)逐漸變成傾斜。溫度應(yīng)力也是引起腹板開(kāi)裂的重要因素，有時(shí)甚至是主要因素。另外，施工期間的施工臨時(shí)荷載或支架下沉，亦或由以上各因素的聯(lián)合作用，也會(huì)引起梁體開(kāi)裂。

　　從梁體上裂紋分布來(lái)分析，腹板上的大部分裂紋是由于梁體受彎剪產(chǎn)生的，由于豎向剪力的作用使得這些裂紋從跨中豎直向兩側(cè)逐漸變成傾斜，而溫度等非荷重因素的影響，會(huì)加劇開(kāi)裂或改變這些裂紋的方向和長(zhǎng)度。

　　底板上的裂紋大部分是因梁抗彎底板受拉產(chǎn)生的，底板上也有一些非受力原因產(chǎn)生的裂紋，這些裂紋與腹板上的非受力裂紋應(yīng)是同時(shí)產(chǎn)生的。頂板上的主要裂紋顯然不是受力裂紋，因?yàn)檫@些裂紋主要集中在頂板受壓的正彎矩區(qū)，受壓的頂板是不會(huì)產(chǎn)生這些橫向裂紋的，因此可認(rèn)為這些裂紋產(chǎn)生的原因與時(shí)間同腹板上非受力裂紋是一致的。

　　4．3 伸縮縫破壞

　　原設(shè)計(jì)伸縮量過(guò)小是導(dǎo)致伸縮縫破壞的主要原因。與正交橋不同的是，引起斜橋在平面內(nèi)位移的原因主要有以下幾種：① 縱向制動(dòng)力和縱向地震力(H。)；② 橫向風(fēng)力和橫向地震力(Vo)；③ 溫度變化，混凝土收縮、徐變(￡ 和￡ )。因此，位于伸縮縫處的縱位移應(yīng)包括：① 由H。、 產(chǎn)生的位移 、；② 由溫降，混凝土收縮、徐變引起的位移；③ 由于以上兩項(xiàng)引起的平面轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生的銳角處的位移。

　　5、病害整治

　　5．1 主梁橫向位移糾偏

　　主梁糾偏的關(guān)鍵是如何起頂主梁。1號(hào)、5號(hào)橋臺(tái)均有千斤頂布置位置，而2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)橋墩沒(méi)有，因此，2～ 4號(hào)橋墩成為起頂主梁的關(guān)鍵，從安全、經(jīng)濟(jì)的角度考慮，推薦采用特制矮千斤頂直接起頂。

　　由于原設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮更換支座時(shí)普通千斤頂?shù)牟贾梦恢�，梁底至帽梁頂�(shù)拈g距一般只有18 cm 左右，而普通千斤頂?shù)母叨纫话憔��?gt; 18cm，為此必須采用特制的千斤頂。特制千斤頂?shù)母叨染�不得超過(guò)18cm，其有效起頂高度能夠達(dá)到6 cm 即可。

　　在主梁起頂過(guò)程中，起頂是頂推性且對(duì)稱(chēng)進(jìn)行的，即從1號(hào)橋臺(tái)開(kāi)始起頂主梁，然后是5號(hào)橋臺(tái)，接下來(lái)依次4號(hào)、2號(hào)橋墩，最后是3號(hào)橋墩。采用此起頂方式的原因是：主梁在恒載作用下，在各支點(diǎn)處是頂板承受負(fù)彎矩，底板為正彎矩，其受力形態(tài)便表現(xiàn)為頂板受拉，底板受壓，而頂推對(duì)稱(chēng)起頂各支點(diǎn)對(duì)支點(diǎn)處主梁有卸載作用。起頂時(shí)，控制每次的起頂量不超過(guò)1 cm。循環(huán)多次，使主梁整體抬高，最終落梁在各墩臺(tái)處的四氟板墊塊上。

　　在布置好橫向水平千斤頂(包括頂推和限位兩類(lèi))后，就可利用水平千斤頂橫移梁體。橫移時(shí)，應(yīng)該注意觀察梁體橫移的變化，保證其位移變化是緩慢的，可以采取循環(huán)多次的方法。

　　5．2 裂縫修補(bǔ)及粘貼碳纖維布

　　由于主梁梁高偏低，導(dǎo)致主梁各部位均有大量的裂縫出現(xiàn)，且有一部分裂縫為深度較深、縫寬較寬的長(zhǎng)裂縫。裂縫修補(bǔ)分腹板裂縫修補(bǔ)、頂板及底板裂縫修補(bǔ)。為防止裂縫的繼續(xù)發(fā)展及提高主梁的剛度，確定在箱梁底板和腹板粘貼高強(qiáng)度碳纖維布。由于在粘貼碳纖維布的工序中，包含有封閉裂縫的工序，故各部位的裂縫的處理分別為：

　　(1)腹板及底板裂縫修補(bǔ)。對(duì)裂縫>0．15 mm的應(yīng)進(jìn)行灌漿處理。

　　(2)頂板裂縫。頂板底面裂縫及底板底面縱向裂縫采用灌漿或表面封閉的辦法(> O．15 mm 的灌漿，<O．15 mm 的封閉)。

　　5．3 支座修復(fù)及更換

　　修復(fù)及更換支座是在梁體橫移到位后進(jìn)行的，此時(shí)梁體仍然支承在四氟板墊塊上。必須更換的支座有4個(gè)，即1號(hào)、5號(hào)橋臺(tái)處被破壞的支座。其他支座必須嚴(yán)格做進(jìn)一步檢查，請(qǐng)生產(chǎn)廠家參與，對(duì)現(xiàn)有支座的性能進(jìn)行判斷，對(duì)可以繼續(xù)使用的支座根據(jù)廠家意見(jiàn)進(jìn)行整修；更換損壞的支座擋板；糾正被頂歪的擋板；對(duì)支座及擋板重新油漆；對(duì)無(wú)法繼續(xù)工作的支座要更換。

　　5．4 下游幅主梁橋面鋪裝層防水性能改造下游幅主梁橋面鋪裝層必須進(jìn)行防滲處理。為防止雨水對(duì)主梁的侵襲，橋面防水混凝土面上應(yīng)涂刷防水涂料。

　　5．5 伸縮縫改造

　　鑒于目前的伸縮縫已被雜物堵死，影響主梁的自由伸縮，伸縮縫改造選用鋼制梳齒型伸縮縫。經(jīng)過(guò)計(jì)算，伸縮量設(shè)置為170 mm。

　　5．6 主梁外表防腐涂裝

　　待其他加固工作完成后對(duì)主梁外表進(jìn)行防腐涂裝，以封閉主梁外側(cè)細(xì)微裂縫，阻隔空氣中的有害氣體對(duì)主梁的侵蝕。涂層構(gòu)成：環(huán)氧防銹封閉漆1道，厚25 m，環(huán)氧厚漿中間漆2道，厚2×25 m；氯化橡膠調(diào)和膩?zhàn)?道，厚25 m；氯化橡膠面漆2道，厚2×25 m。涂層總厚150 cm。

　　5．7 設(shè)置橫向擋塊

　　由于斜交橋在水平面內(nèi)有橫向位移的必然趨勢(shì)，故在兩橋臺(tái)側(cè)必須設(shè)置橫向擋塊，以限制結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。

　　6、結(jié)論

　　本橋出現(xiàn)各種病害的最直接的原因是在兩端橋臺(tái)處未設(shè)置橫向限位結(jié)構(gòu)，而最根本的原因是對(duì)斜交橋的基本特性不了解(在橋面平面內(nèi)有位移是斜交橋的基本特性之一)，由此提醒我們，在設(shè)計(jì)各種非常規(guī)結(jié)構(gòu)時(shí)，必須深入了解其特性。