《交通運輸科學技術新成果推廣目錄》（２０２1）—第一部分橋梁工程篇《大跨度連續(xù)箱梁橋變體系加固關鍵技術》

本期項目簡介

完成單位：中交基礎設施養(yǎng)護集團有限公司

主要完成人：涂金平、孫建勛、姚曉陽、沈 慧、林久平、李 劍、張曉鵬、李曉博、何 通、神 進、于德安、寧文偉、張衛(wèi)國、郝曉光、王 華

項目簡介

（一）項目背景

　　預應力混凝土連續(xù)梁橋具有橫向抗扭剛度大、行車舒適、抗震性能相對較好、維護費用少，施工簡單，技術完善，經濟指標合理等優(yōu)點。自20世紀70年代以來，我國公路橋梁建設中大量采用了此種結構體系。但在對已經建成的預應力混凝土連續(xù)梁橋的調查中發(fā)現(xiàn)，有相當大一部分該類橋梁在運營階段發(fā)生了跨中下?lián)?、腹板開裂等病害，大大降低了結構的承載能力，影響結構的安全性和耐久性。

　　目前常規(guī)的加固方案，如粘貼纖維布或貼鋼板等被動加固方式對中小跨徑的橋梁是比較適合的，但對大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋效果不是很明顯。雖然增設體外預應力的加固方式具有一定的主動加固特點，但受結構尺寸限制，致使體外索的豎向分力與總索力比值不合理，不僅沒能提供有效的豎向分力，而且容易造成錨固區(qū)局部二次損傷。如果將大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋全部拆除不僅代價高，中斷交通時間長，而且社會影響也比較敏感。采取何種有效的加固改造方式，既能大幅提高大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋承載力，又不影響其美觀，而且盡量減少對現(xiàn)有交通的影響是目前急需解決的問題。

（二）技術概況

　　本項目針對目前常規(guī)橋梁加固方案用于大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋技術改造、大幅度提高其承載力方面還存在一定缺陷和不足這一情況，以大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋為研究對象，通過理論分析、數(shù)值模擬、工程驗證等方法，對大跨度連續(xù)箱梁橋變體系加固關鍵技術進行了系統(tǒng)研究。推斷了大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋病害成因及主要影響因素，提出了預防和控制病害形成的有效措施；構建了適用于大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋主動加固的變體系加固設計理念及設計體系；結合大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋的結構特點，提出不同的變體系加固方案，并對各加固方案的適用范圍、設計、施工關鍵技術等進行了深入研究。

（三）適用范圍

　　適用于解決大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋出現(xiàn)腹板開裂、跨中下?lián)?、承載力不足等問題。

（四）獲獎情況

　　中國交通運輸協(xié)會科技進步獎二等獎；中交基礎設施養(yǎng)護集團科技進步獎。

項目創(chuàng)新點

　　（1）構建了適用于大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋主動加固的變體系加固設計理念及設計體系。

　　（2）提出了公路體外預應力混凝土橋梁承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計計算基本原則和設計控制應力限值、體外預應力筋極限應力、極限有效高度等主要控制指標，構建了截面抗彎承載能力的簡化計算方法。

　?。?）揭示了連續(xù)梁變自錨懸索、自平衡拱、矮塔斜拉、自平衡鋼桁架張弦梁等5種不同變體系加固方案的加固機理。

　?。?）研發(fā)了大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋變體系加固關鍵構造和施工工藝。

應用案例

　　本項目研究成果已成功應用于依托工程山西省風陵渡黃河公路特大橋加固工程，是國內首次采用附加拱式體系的變體系加固方法的橋梁。風陵渡黃河公路特大橋于1994年建成通車，全橋共兩聯(lián)，分別為5×87m和(87+7×114+87)m預應力混凝土連續(xù)梁，1996年、2005年、2007年、2008年對橋梁進行檢查發(fā)現(xiàn)橋梁開裂及跨中下?lián)蠂乐兀?009年對橋梁進行加固，在第5、6跨新建鋼箱系桿拱，形成剛梁柔拱體系，見圖1。

　　圖1風陵渡黃河公路特大橋加固方案示意圖

　　表1列出2008年（加固前）和2020年（加固后）結構開裂情況，橋梁加固后裂縫基本消失。

表 1 加固前后箱梁裂縫分布一覽表

　　圖2為第5跨加固前、后橋面線形圖，通車后11年跨中下?lián)现颠_到23.9cm，加固后9年僅下?lián)?.5cm，下?lián)匣痉€(wěn)定。

　　圖2第五跨加固前后橋面線形圖

　　可見改變原橋結構體系，很好的彌補了原結構承載能力不足的缺陷，從根本上解決了目前大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋腹板開裂、跨中下?lián)系葐栴}。

社會效益與經濟效益

　　我國公路危橋數(shù)量居高不下，公路橋梁安全狀況不容樂觀，對大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋如果采取的加固方案不合理，不僅起不到預定的加固效果，甚至會影響原有橋梁的性能，造成巨大的經濟浪費和嚴重的社會不良影響。項目研究成果從根本上解決目前大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋腹板開裂、跨中下?lián)?、承載力不足等問題，而且可以在對道路運營影響相對較小的情況下，以較少的投資，確保既有橋梁的運營安全，對促進和實現(xiàn)公路交通技術的進步，提升整個維修加固行業(yè)的設計水平具有極為顯著的作用。