鋼一混組合梁橋是一種在公路尤其城市橋梁工程中應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)形式之一。該結(jié)構(gòu)形式最早出現(xiàn)于19世紀(jì)末20世紀(jì)初，經(jīng)過幾代工程師們近百年深入、細(xì)致、全面地研究和應(yīng)用。自20世紀(jì)70年代（開）始快速發(fā)展。以法國為例，據(jù)該國1990～t993年建設(shè)的橋梁上部結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計分析，工字鋼梁與混凝土橋梁構(gòu)成的公路組合梁在跨長30--11Om范圍內(nèi)最有競爭力，在60～80m跨長則有明顯優(yōu)勢。組合粱的占有率達(dá)85％。在我國公路和城市橋梁中，組合梁的應(yīng)用也取得了舉世公認(rèn)的進(jìn)步，1993建成的上海楊浦大橋(跨徑為602m)，2001建成的福建青州閩江大橋(跨徑為605m)。其加勁梁均采用了鋼一混組合結(jié)構(gòu)，在同類型橋梁中位居世界前列。2005年我國首座波形鋼腹板PC組合箱梁公路橋一潑河大橋建成通車(跨徑4×30m)，2006年建成通車的常州新運河平陵大橋為國內(nèi)首例大跨度(主跨llOm)鋼一混凝土組合連續(xù)梁橋，2005年開工建設(shè)中的河南鄄城黃河大橋是目前世界上最長的波形鋼腹板PC組合箱梁橋(跨徑58X50m)。在城市立交橋建設(shè)中，鋼-混組合梁也以其跨越能力大，建筑高度小，抗震性能好以及施工速度快等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用，建成了以北京航天橋(主跨73m)、朝陽橋(主跨64m)、淮安市長征橋(跨徑18.5m+30m+18.5m)為代表的一批鋼一混組合連續(xù)梁橋，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益?？梢灶A(yù)期進(jìn)入21世紀(jì)后，鋼一混組合梁這種結(jié)構(gòu)形式必將得到更大的發(fā)展。

　　鋼一混組合粱橋以其施工速度快，建筑高度小，抗震性能好等優(yōu)點，在我國公路和城市橋梁建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于交通量和重型車輛的不斷增加，空氣、水汽、工業(yè)煙塵以及其他化學(xué)和污染物的環(huán)境作用，缺乏定期的養(yǎng)護(hù)維修等原因，既有鋼一混組合梁橋在運營若干年后，出現(xiàn)了不同程度的病害問題。為保證該類橋梁的安全運營，延長其使用壽命，必須對該類型橋梁進(jìn)行維修、加固。

　　2常見病害及成因分析

　　應(yīng)該指出的是，國內(nèi)外既有鋼一混組合梁橋目前的運營狀況較好，出現(xiàn)的問題也不算嚴(yán)重，但是未雨綢繆，隨著該類型結(jié)構(gòu)形式橋梁在國內(nèi)的進(jìn)一步推廣使用，以及由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來的對橋梁功能要求的提高。對其進(jìn)行病害分析及加固策略研究也是必要的。根據(jù)已有文獻(xiàn)資料的研究報道以及現(xiàn)場調(diào)研表明，既有鋼混組合梁橋常出現(xiàn)以下幾種病害。

　　2.1 鋼梁的銹蝕

　　鋼梁裸露在空氣、水汽、工業(yè)煙塵以及其他化學(xué)和污染物的環(huán)境中，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者是電化學(xué)反應(yīng)，尤其是當(dāng)油漆退化以及橋面板防水失效時。油漆防護(hù)是保證鋼梁耐久性的重要手段，也是鋼橋維護(hù)的主要項目。因此當(dāng)油漆退化后，其直接后果就是導(dǎo)致鋼構(gòu)件銹蝕，嚴(yán)重銹蝕會導(dǎo)致截面損失，銹坑處產(chǎn)生應(yīng)力集中，如若發(fā)生在設(shè)計控制部位，將嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)的疲勞性能及承載能力。橋梁端部的伸縮裝置，支座附近、橋面結(jié)構(gòu)，箱形截面構(gòu)件里側(cè)以及組合梁接合面處等易于積水和積塵的地方是容易發(fā)生銹蝕的部位，造成鋼構(gòu)件板厚變薄。在鋼構(gòu)件的焊接點處也容易發(fā)生銹蝕。

　　2.2 鋼梁疲勞

　　鋼結(jié)構(gòu)橋梁在汽車作用下，容易產(chǎn)生疲勞裂紋，可能導(dǎo)致構(gòu)件脆性斷裂。引起構(gòu)件疲勞開裂的內(nèi)因主要是材料缺陷和應(yīng)力集中，外因主要是重復(fù)活載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)。超載、車輛撞擊和截面銹蝕等因素增加了裂紋擴(kuò)展和構(gòu)件斷裂的可能性。現(xiàn)場檢測表明：目前公路橋梁的車輛荷載具有軸重大、行駛速度快、通行流量大的特點，容易導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)橋梁出現(xiàn)疲勞破環(huán)事故。連接件是把混凝土橋面板和鋼梁連接為一個整體且保證組合梁協(xié)同工作的關(guān)鍵部件，也是組合梁抗疲勞的一個重要因素。栓釘是應(yīng)用較為廣泛的一種連接形式，試驗研究表明，在保證焊接質(zhì)量的前提下，組合梁的疲勞破壞大多是由于栓釘?shù)募羟衅谄茐脑斐傻摹?br />
　　2.3 橋梁承載力不足，不能滿足既有交通荷載要求

　　該類情況的既有鋼-混組合梁橋本身并沒有出現(xiàn)明顯的病害現(xiàn)象，只是一方面由于橋梁本身的原因，例如使用時間較長，從橋上所通行的車輛載重及流量的增長等，使得橋梁功能退化，不能達(dá)到原有設(shè)計功能；另一方面是由于經(jīng)濟(jì)水平快速增長的需要，既有橋梁已不能滿足經(jīng)濟(jì)的需求，需要對現(xiàn)有橋梁進(jìn)行加固加寬。因此將該種情況列為既有鋼-混組合梁橋所面臨的一種問題，通過加固或可解決。

　　2.4 鋼-混組合連續(xù)梁混凝土翼板縱向開裂

　　剪力鍵在鋼-混凝土組合梁中起著重要作用，主要是用來承擔(dān)鋼梁與混凝土翼板之間的縱向水平剪力，并抵抗兩者之間的掀起作用。鋼-混凝土組合梁中，相當(dāng)寬的混凝土翼板沿一個狹窄的接觸面承受鋼梁通過剪力連接傳來的剪力，將在混凝土翼板的結(jié)合面附近產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力。所以在組合梁中，尤其是單排栓釘連接T形截面組合梁常發(fā)生混凝土縱向開裂?；炷烈戆宓目v向開裂將導(dǎo)致混凝土翼板的縱剪強(qiáng)度成為梁破壞的控制條件，如果沒有足夠的橫向鋼筋來約束裂縫的發(fā)展，組合梁的剪力連接程度就有會降低，而使得組合梁達(dá)不到設(shè)計承載力而提前破壞。

　　2.5 鋼-混組合連續(xù)梁負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板橫向開裂

　　混凝土翼板受壓，鋼梁受拉是鋼-混凝土組合梁的最有利受力狀態(tài)，但是在連續(xù)梁中支點負(fù)彎矩區(qū)不可避免的會出現(xiàn)混凝土翼板受拉而鋼梁受壓的不利狀態(tài)，易在中支點負(fù)彎矩區(qū)出現(xiàn)混凝土開裂的情形，當(dāng)負(fù)彎矩區(qū)處混凝土裂縫較大時，將會導(dǎo)致混凝土板中鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)耐久性，同時開裂嚴(yán)重還會使得箱內(nèi)漏水、腐蝕，影響結(jié)構(gòu)的外觀，給人們以不安全感。

　　2.6 剪力鍵剪斷

　　剪力鍵的作用是保證橋面板混凝土及鋼梁共同工作，因此它承受著巨大的縱向剪力作用。對于經(jīng)常超載的橋梁，由于縱向剪力過大或者反復(fù)作用導(dǎo)致剪力鍵疲勞將會導(dǎo)致剪力鍵彎曲或剪斷。出現(xiàn)這種情況時會明顯地發(fā)現(xiàn)梁段的鋼梁與混凝土橋面板間發(fā)生相對錯動，這時，剪力鍵起不到應(yīng)用的作用，組合橋梁已演變成迭合梁橋。

　　2.7 混凝土橋面板局部破裂或腐蝕

　　由于重載交通的反復(fù)作用、橋面防水失效及融冰鹽的化學(xué)腐蝕作用，使得混凝土橋面板局部或大面積開裂、損傷嚴(yán)重。混凝土板中的受力鋼筋出現(xiàn)銹蝕，進(jìn)而使得混凝土橋面板承受局部車輪荷載的能力明顯下降。即降低橋梁的承載力，同時也降低了橋梁的適用性和耐久性。

　　2.8 其他問題

　　早期較低設(shè)計荷載水平的鋼-混凝土組合梁橋，由于超載嚴(yán)重，再加上長期暴露在空氣和雨水等環(huán)境中，容易使連接螺栓或鉚釘松動或斷裂，因此需要進(jìn)行更換或加固。對于鋼-混凝土連續(xù)梁橋，鋼梁受壓區(qū)的腹板或底板會因偶然的超載或升溫作用而產(chǎn)生局部鼓包，即局部失穩(wěn)現(xiàn)象。這種局部失穩(wěn)如不及時修復(fù)，亦會降低整體結(jié)構(gòu)的抗失穩(wěn)能力，進(jìn)而間接降低橋梁的承載能力。

　　3 加固策略

　　鋼-混凝土組合梁橋，不管是簡支梁還是連續(xù)梁，均為 RC(或PC)板與鋼結(jié)構(gòu)由剪力鍵組合成一整體，因此檢測、維修、加固可由上述三部分入手；此外，鋼-混組合梁的特有的施工過程，也會形成不同的內(nèi)力分布特點、缺陷及病害。鑒于上述原因，進(jìn)行鋼-混組合梁橋檢測、維修、加固時，混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土橋面板的病害及其處理方法，可參考鋼筋混凝土梁、板的方法；鋼梁的缺陷及處理方法可遵照鋼結(jié)構(gòu)的方法；鋼-混組合梁橋特有的缺陷及病害，例如剪力鍵的銹蝕、疲勞及剪斷等，可在分析缺陷及病害成因的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的加固措施。另外，眾多的橋梁破壞事故表明，每個破壞實例往往并不是由單一因素引起的，而是多個因素相互誘發(fā)共同作用的結(jié)果，就鋼-混組合梁橋而言，漏水導(dǎo)致腐蝕或銹蝕、疲勞、應(yīng)力集中，焊接殘余應(yīng)力以及焊接缺陷可能是最主要的。因此進(jìn)行鋼-混組合梁橋維修加固時，可以視橋梁狀況，采取集中加固措施相結(jié)合的方法，重視預(yù)防，提倡變被動加固為主動加固的設(shè)計理念。

　　常用的橋梁加固改造技術(shù)方案有：施加體外預(yù)應(yīng)力、減輕荷載、加固臨界桿件、補(bǔ)充新桿件、改善原結(jié)構(gòu)受力體系、加固受力桿件等方法。

　　3.1 施加體外預(yù)應(yīng)力加固

　　當(dāng)鋼-混組合梁橋出現(xiàn)負(fù)彎矩區(qū)橋面開裂、主梁撓度過大、荷載等級不夠，需要提高主梁承載力等問題時，可以采用體外預(yù)應(yīng)力加固法。該法具有加固、卸荷、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力三重效果，適用于中小跨徑的梁式橋，是一種行之有效的加固方法。工程實踐表明，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)能夠較大幅度地提高舊橋承載能力。加固后所能達(dá)到的荷載等級與原橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及安全儲備有關(guān)，一般情況下可將原橋承載力提高30%-40%。采用本方法加固時宜同時配合其他加固方法進(jìn)行綜合加固，以達(dá)到較好的加固效果。

　　3.2 粘貼碳纖維片材加固

　　纖維復(fù)合材料質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，而且具有較好的耐腐蝕性和抗疲勞性能，因此是進(jìn)行橋梁維修和加固的理想材料，國內(nèi)外對采用CFRP加固鋼-混凝土梁已經(jīng)有了比較系統(tǒng)的研究并進(jìn)行了相關(guān)的試驗。研究表明采用碳纖維騙財加固鋼-混組合梁橋可以有效的提高原橋地承載能力，減小主梁撓度。

　　3.3 鋼梁裂紋或銹蝕等缺陷的修補(bǔ)

　　當(dāng)鋼梁出現(xiàn)裂紋進(jìn)行修補(bǔ)時，如僅以焊接和增加蓋板等將裂紋堵塞一下，是不能解決問題的。必須充分調(diào)查裂縫發(fā)生部位的鋼材質(zhì)量、焊接狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)、銹蝕狀況和疲勞狀態(tài)等，依據(jù)調(diào)查的結(jié)果采取對策。有時，為了改善材質(zhì)，必須更換構(gòu)件，為了改善應(yīng)力狀態(tài)，必須優(yōu)化構(gòu)造細(xì)節(jié)或變更結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋼梁發(fā)生銹蝕時，必須及時除銹，并按鋼結(jié)構(gòu)的防腐要求進(jìn)行防腐處理。

　　3.4 混凝土橋面板更換

　　由于受到車輛局部荷載的反復(fù)作用及混凝土碳化、鋼筋銹蝕，板抗彎能力相對較弱，鋼一混凝土組合梁橋的橋面板使用壽命一般應(yīng)低于其鋼梁的使用壽命。當(dāng)混凝土橋面板局部破裂或腐蝕嚴(yán)重時，需要局部或整體更換混凝土橋面板。在鑿除混凝土橋面板后應(yīng)同時檢查剪力連接件的使用情況，必要時可更換或增加剪力連接件數(shù)量后，再重新澆筑橋面板。

　　3.5 更換剪力鍵

　　當(dāng)發(fā)現(xiàn)梁端的混凝土橋面板與鋼梁明顯錯位，表明剪力鍵已因疲勞或縱向剪力過大而失效。在此情況下，必須鑿除混凝土橋面板，更換剪力鍵并重新澆筑混凝土橋面板。否則鋼一混凝土組合梁將蛻化為鋼一混凝土疊合梁，其撓度將明顯增大、承載能力將大幅降低。

　　3.6 鋼板局部失穩(wěn)的處理．

　　對于局部失穩(wěn)的鋼板可采取局部更換鋼板、局部粘貼或加焊鋼板及箱內(nèi)局部增加橫向或縱向加勁肋的措施，以增加其局部穩(wěn)定性。

　　4 結(jié)束語

　　(1)組合梁橋最常見的，也是最可能出現(xiàn)的病害，其包括：鋼梁構(gòu)件由于銹蝕、疲勞、高應(yīng)力集中及焊接殘余應(yīng)力等因素導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋，而引起構(gòu)件的脆性斷裂；鋼一混組合梁橋特有的構(gòu)造和施工過程導(dǎo)致的組合連續(xù)梁橋負(fù)彎矩區(qū)橋面板開裂和橋面板縱向開裂；混凝土橋面板局部破損、腐蝕；剪力鍵剪斷或疲勞破壞等。

　　(2)研究表明，當(dāng)組合梁橋承載能力不足，或荷載等級要求提高時，可以采用體外預(yù)應(yīng)力或粘貼碳纖維片材的加固方法。這兩種方法均可以有效地提高鋼一混凝土組合梁橋的承載能力，一般情況下提高幅度可達(dá)到20％--40％。

　　(3)剪力鍵是保證鋼梁和混凝土橋面板共同工作的關(guān)鍵所在，如果因其疲勞或承受過大的縱向剪力而破壞時，必須更換之。否則鋼一混凝土組合梁的組合作用已不復(fù)存，并將蛻化為疊合梁，其承載能力將大幅降低。

　　(4)鋼一混凝土組合梁橋具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的共性問題，例如混凝土橋面板開裂、破損和鋼粱腐蝕、疲勞裂紋、鼓包等病害；同時也具有其獨特的個性問題，例如剪力鍵的疲勞和剪斷問題。在實際工程中須對具體的病害進(jìn)行具體的分析，進(jìn)而采取具有針對性的加固策略，以達(dá)到加固的目的。

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文章來源： 永年加固公司
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