摘要：針對國內已建大跨預應力混凝土橋梁的運營現狀，以佛開高速公路汾江大橋為例，分析橋梁病害成因。提出采用輕質混凝土置換橋面系與體外預應力相結合的加固改造方案，為同類橋梁的加固改造提供參考。
　　關鍵詞：大跨預應力混凝土橋梁，病害成因，加固改造，輕質混凝土，體外預應力
　　1概述
　　廣泛應用于公路及市政建設中的大跨預應力混凝土橋梁，由于混凝土收縮徐變的不斷發展、鋼束預應力損失、超載及施工缺陷等因素的影響，常出現主跨持續下撓并伴隨開裂病害，直接影響到橋梁的安全運營和正常使用，因此，尋求合理的加固改造方案顯得必要而急迫。
　　2橋梁現況
　　佛開高速公路汾江大橋主橋為（65+100+65）m預應力混凝土連續箱梁，橋梁的病害現狀主要表現為：主跨下撓繼續發展；頂板縱向裂縫、腹板斜裂縫不斷增加并持續發展。
　　3病害原因分析
　�。�1）實際橋面鋪裝厚度過大
　　根據《橋面鋪裝整治工程竣工圖》和相關檢測，汾江大橋主橋橋面鋪裝的實際厚度如圖所示。
　　
　　圖1汾江大橋主橋橋面鋪裝厚度
　　左、右幅主橋的實際鋪裝厚度基本上都大于設計鋪裝厚度，且分布離散。
　　為了考查不同鋪裝厚度對橋梁結構的影響，對8cm設計鋪裝厚度和實際鋪裝厚度所產生的單項豎向位移進行了對比分析。
　　
　　圖2汾江大橋主橋橋面鋪裝單項作用下主梁豎向變位結果對比
　　根據計算結果，跨中實際鋪裝厚度過大，對主橋的長期變形影響很大，導致跨中撓度大幅增加，主跨下撓繼續發展。
　�。�2）超載嚴重
　　主跨跨中截面最大正彎距的標準值和頻遇值，隨機車輛模型的計算值要比2004規范值大30％左右。邊跨合攏截面最大正彎距的標準值和頻遇值與跨中截面最大正彎距結果相似，也是隨機車輛模型的計算值要比2004規范值大，在37％左右。
　　橋梁超載現象嚴重，導致預應力鋼束的疲勞損傷，結構剛度下降；另外，重載交通作用下直接導致橋面板開裂，耐久性大大降低。
　�。�3）預應力損失過大
　　汾江大橋左幅主橋的預應力損失較為明顯，其中墩頂截面剩余預應力約為原張拉力（2250KN）的85％左右，而跨中截面剩余預應力僅為原張拉力的60％左右。
　　（4）施工中不確定因素的影響
　　超重：施工時模板安裝偏差、施工控制不當等因素都可能造成箱梁內局部浮漿過厚，使得橋梁自重增加，進而影響橋梁的內力和位移。
　　立模高程偏差：立模高程的偏差可能會造成使橋梁預拱度與設計預拱度相差較大，若預拱度設置不足，會加大橋梁的下撓。
　　合攏誤差：合攏誤差可能會引起橋面調坡，使得橋面鋪裝厚度不均衡，造成主跨跨中區域鋪裝過厚，進而影響橋梁的內力和位移。
　　（5）綜合分析
　　施工誤差引起箱梁恒荷載過大及汽車超載等因素導致箱梁預應力度不足，是箱梁下撓的主要原因。實際橋面鋪裝在主跨跨中區域遠遠超過了8cm厚設計鋪裝，由此使主橋主跨跨中內力彎距和撓度顯著增大，由此可引起跨中下緣混凝土開裂。混凝土的開裂使得開裂區預應力損失增大，而預應力損失引起的應力重分布會增加混凝土的收縮徐變效應，收縮徐變引起的下撓又會進一步加劇混凝土的開裂。這樣，橋面鋪裝在主跨跨中超厚就會引起開裂、預應力損失、徐變之間的耦合作用，使得主橋中跨跨中區域的撓度不斷增長。
　　4加固改造方案研究
　�。�1）斜拉橋加固方案：利用左右幅橋之間的中央分隔帶，在主墩處增設“H”形橋塔，并設置斜拉索，以改善主梁的應力狀況和控制主跨跨中截面的撓度。
　　
　　斜拉橋加固示意圖
　　但該方案存在的問題：減少了現有的橋下通航凈空，對通航、海事安全有一定影響；主梁上錨固點的設置比較困難；施工工藝較復雜，工程造價昂貴。
　　（2）減載
　　采用的減載措施如下：
　�、� 將主跨跨中范圍內的鋼筋砼防撞欄換成鋼護欄，以減輕護欄的荷載；
　�、� 重新調坡，盡量減少鋪裝層的厚度，特別是主跨跨中范圍的瀝青鋪裝；
　�、� 采用輕質混凝土，減輕二恒重量。
　�、� 清除原施工遺留的浮漿，施工垃圾等，盡量減輕自重。
　　為了考察各種措施對減輕主梁病害的具體貢獻，下面對各項措施產生的效應進行比較。
　　各項措施下產生的截面法向應力效應及控制點位移

　　“+”:表示應力增加或位移上拱；“-”:表示應力減少或位移下撓。
　　根據計算結果：減載措施是有效的；如能大幅減少主跨跨中鋪裝層厚度，即效果最好。各項減載措施都對主跨跨中的應力和位移控制有利，但也使邊跨合攏段上緣產生了一定的拉應力。
　　3．施加體外預應力
　　主跨跨中采用兩束直線底板長束和兩束底板曲線束。
　　
　　體外預應力加固布束方案立面圖
　　箱內體外預應力能有效地提高主跨跨中截面下緣的壓應力。鋼束布置在箱內，不影響橋梁整體美觀，能有效提高主梁的抗裂性；且施工方便、簡單，可實施性強，工程造價較低；但對主梁跨中撓度改善效果不明顯。
　　(三)加固改造方案選用及加固效果分析
　　通過對加固改造方案的研究分析，減載措施能明顯改善主跨下撓，而箱內體外預應力能有效地提高主跨跨中截面下緣的壓應力；推薦采用輕質混凝土置換橋面系與體外預應力相結合的加固改造方案。
　　汾江大橋主橋加固改造主要計算結果

　　按推薦加固改造方案，汾江大橋主橋抗力、抗裂性能滿足設計規范要求；主跨跨中最大豎向位移比加固前上拱5.01cm，達到了預期目的。
　　5主要結論
　　本文提出采用輕質混凝土置換橋面系與體外預應力相結合的加固改造方案，計算結果表明，經加固改造以后，主橋抗力、抗裂性能滿足85橋規要求，減載措施對主跨跨中的撓度有明顯的改善。

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