盖梁工程概况

沈阳市二环快速道路工程西南段由揽军路、玉屏路 2 条道路组成。揽军高架桥全长 1 030. 20 m，主桥墩号 51# ～ 101# ，共 5 联，50 孔。揽军高架桥上部结构均为简支空心板，等宽段为预制先张法预应力混凝土空心板，渐变段为现浇普通钢筋混凝土空心板，板厚均为 85 cm，板宽 1. 03m，18 m 桥宽横向 17 块板，25. 5 m 桥宽横向 24 块板。主桥所有板在纵桥向均有 50 cm 挑臂搭到“凸”形盖梁上。该桥下部结构均采用变截面方柱墩，倒梯形隐式盖梁。主桥宽 18 m 处的桥墩，墩柱上宽 3. 5 m，下宽 2. 5 m，盖梁两侧悬臂均为 7. 25 m，盖梁为后张法预应力混凝土结构。主桥宽 25. 5 m 处的桥墩为独柱墩，墩柱上宽 3 m，下宽 2 m，盖梁两侧悬臂分别为 4. 74、5 m，为普通钢筋混凝土结构。

盖梁主要病害

对揽军高架桥进行了检测，发现 51# 、61# 、71# 、81# 桥墩盖梁和墩身多处出现严重渗水和纵向裂缝等病害，具体阐述如下。

51# 盖梁

51# 桥墩为过渡墩且为整体式桥墩，其盖梁宽 18m，为后张法预应力混凝土结构。其病害主要表现为:

1) 盖梁西面严重渗水;

2) 盖梁西面多处出现纵向裂缝，裂缝最大长度达 3 m，最大宽度为 3 mm，主要出现在盖梁悬臂根部和中部;

3) 出现露筋、锈蚀等现象。

61# 盖梁

61# 桥墩为过渡墩且为整体式桥墩，其一侧为预应力混凝土预制空心板，另一侧为现浇钢筋混凝土空心板，桥墩盖梁宽 18 m，为普通钢筋混凝土结构。其病害主要表现为:

1) 盖梁东面严重渗水;

2) 盖梁两侧多处出现纵向裂缝，裂缝最大长度 2 m，最大宽度 0. 3 mm;

3) 盖梁西面悬臂中部钢筋锈蚀严重。

71# 、81# 盖梁

71# 、81# 桥墩为分离式桥墩，单幅桥墩盖梁宽12. 74 m，为普通钢筋混凝土结构。其病害主要表现为:

1) 盖梁东面严重渗水;

2) 盖梁两侧多处出现纵向裂缝，裂缝最大长度 2 m，最大宽度 1 mm;

3) 盖梁表面存在麻面等。

盖梁维护验算

根据该桥现阶段的病害情况，需立即进行维护，以达到如下目标。

1) 确保盖梁达到安全和正常使用的要求;

2) 限制盖梁裂缝进一步发展，避免钢筋和钢绞线锈蚀;

3) 在确保桥梁结构安全的前提下，尽可能做到投资最少，施工方便。

盖梁计算时上部荷载通过空心板由支座传到盖梁上，但由于活载通过支座传到盖梁的计算非常复杂，且不易计算准确，因此从简单安全的原则出发，仅考虑空心板自重通过支座传到盖梁上，汽车车轮纵向综合轮载则直接作用在盖梁顶面。采用《QJX桥梁综合程序( Windows 版) 》软件计算。根据计算，51# 、71# 、81# 盖梁的抗弯极限承载能力满足规范要求，但裂缝宽度超出规范容许值，因此维护设计主要针对减少裂缝宽度和抑制裂缝进一步发展。61# 盖梁的抗弯极限承载能力基本满足规范要求，但储备不大，且裂缝宽度超出规范容许值。计算得到原盖梁悬臂根部最大裂缝宽度达0. 22 mm，大于规范规定的 0. 2 mm 限值。对该墩盖梁补强预应力后，盖梁根部最大裂缝处为无拉应力，最小正压应力为 1. 6 MPa，既满足结构要求，又能限制盖梁裂缝进一步发展。

盖梁加固措施

目前混凝土结构的加固方法主要有以下几种:

1) 增大截面加固法;

2) 置换混凝土加固法;

3) 外加预应力加固法;

4) 外粘型钢加固法;

5) 粘贴纤维复合材加固法;

6) 粘贴钢板加固法等。根据揽军高

架桥盖梁验算结果及特点，若采用增大截面加固法，不仅对桥下净空影响较大，而且因本桥盖梁均为统一截面型式，若加大截面则还会影响景观，故本桥不考虑该方法。置换混凝土加固法主要适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的局部加固，主要为加固柱、墙等构件，本桥也不适用。外接型钢加固法适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱结构的加固，而本桥承载力满足要求，故该方法也不适用。粘贴纤维复合材加固法与粘贴钢板法加固机理类似，从补强材料的作用机理看，钢板较为平整并有一定刚度，因此粘贴后的组合截面在受力初期即可参与工作。碳纤维布的纤维在粘贴后处于曲线状态，因此其需要预拉直力，且受力滞后于加载。此外，采用钢板贴合法也很经济。6 mm 的钢板 150 元 /m2 ，而碳纤维板要1 000 元 /m2 ，造价较高，且对施工工艺要求较高，故推荐采用粘贴钢板法。本桥根据验算结果，51# 、71# 、81# 桥墩盖梁承载力满足要求，但裂缝宽度验算不满足要求。病害调查发现其裂缝宽度较大，若采用外加预应力加固法能增设截面正应力储备，并限制盖梁裂缝的进一步发展，避免钢筋和钢绞线的锈蚀，故对该类盖梁采用此加固法。对于 61# 盖梁，调查发现裂缝宽度较小，抗弯承载能力验算基本满足要求，若采用粘贴钢板加固法，则可提高盖梁承载能力，阻止裂缝进一步开展。该方法施工工艺成熟，加固措施经济合理。下面对典型盖梁加固措施进行介绍。

51# 桥墩维护措施

在倒“T”形盖梁顶增设预应力，以提高盖梁安全储备，改善盖梁受力，具体措施如下。

1) 凿除倒“T”形盖梁顶桥面铺装和后浇筑的混凝土层。

2) 提升盖梁裂缝范围的空心板，并将其移至靠近盖梁悬臂根部侧相邻空心板上。

3) 宽度超过 0. 15 mm 的裂缝采用压浆法修补，宽度小于 0. 15 mm 的裂缝采用封闭法修补。

4) 种植钢筋，并布设预应力管道及加厚部分普通钢筋。

5) 浇筑盖梁顶加厚部分混凝土，待混凝土强度达到设计强度的 90% ，且混凝土龄期达到 7 d 后，穿预应力钢绞线并进行张拉，预应力钢绞线张拉控制应力为 0. 6 ftk ( 抗拉强度标准值 ) = 0. 6 × 1 860= 1 116 MPa，单束钢束张拉吨位为 1 562 kN。补强混凝土及钢束布置示意见图 1。

6) 空心板复位，并进行桥面系施工。

61# 桥墩维护措施在倒“T”形盖梁的翼缘外侧粘贴钢板，并在盖梁顶增设普通钢筋，以提高盖梁的安全储备，具体措施如下。

1) 凿除倒“T”形盖梁顶桥面铺装和后浇筑的混凝土层。

2) 提升盖梁裂缝范围的预制空心板( 另一侧现浇空心板不动) ，并将其移至靠近盖梁悬臂根部侧相邻空心板上。

3) 宽度超过 0. 15 mm 的裂缝采用压浆法修补，宽度小于 0. 15 mm 的裂缝采用封闭法修补。

4) 在盖梁 2 个侧面满贴 6 mm 厚钢板，钢板的定位和粘贴方式如下。

( 1) 采用灌浆法粘贴钢板。在混凝土表面种植钢筋来固定钢板，在混凝土相对应的位置打植筋孔，并种植钢筋，然后挂钢板拧紧螺母。往钢板内注胶，厚度 3 mm。

( 2) 涂刷 5 层防腐漆用于钢板防腐。

5) 浇筑盖梁顶加厚部分混凝土，移动空心板，使其就位，进行桥面系施工。

盖梁施工要点

5. 1 新旧混凝土接触面凿毛

为保证维护新浇混凝土与原结构混凝土结合良好并共同受力，凿除混凝土时宜从凿除区表面中间开凿，凿除区内原结构的构造钢筋不得剪除，浇筑维护混凝土时按原样予以恢复。

5. 2 钻孔种植钢筋

新旧混凝土接触面种植钢筋直径采用 Ф12mm、Ф16 mm 螺纹钢筋，种植锚筋埋深取 10 倍钢筋直径即 12、16 cm，钻孔直径为 16、22 mm，锚筋抗拔力在 30、50 kN 以上。

5. 3 预应力施工

张拉操作步骤: 初张拉( 张拉力 P0 为 0. 2 倍设计张拉力 P) →持荷 5min→量测延伸量 δ0 →张拉并用作防腐面漆，但氟碳涂料的选用却直接影响防腐效果。对氟碳涂料而言，强调组分匹配使用和涂装系统匹配，涂装材料和匹配不恰当则达不到防护效果。维持设计吨位P→持荷5 min→量测延伸量δ₁→回油→量测延伸量δ₂。

5.4 粘贴钢板

对钢板粘结面进行除锈和粗糙处理，直至出现金属光泽。喷砂除锈要求为SA2. 5 级，钢板表面粗糙度要求为40 ～80 μm。在钢板上钻植筋孔和注胶孔，注胶孔大小应与灌浆嘴匹配，并保证其周边密封。原则上植筋孔和注浆孔间距均为40 cm。用脚踏泵或其它灌浆机具从注浆嘴压入封缝胶，注胶压力控制在0. 4 MPa 以内。注胶应从最低一端开始，当邻近注胶嘴有胶液流出时，即应将当前的注胶嘴封闭，并移至出胶的注胶嘴继续注胶。最后一个排气管应在维持注入压力的情况下封堵，以防胶层脱空。常温(25 )下，固化不少于3 d，若固化温度降低，则固化时间应相应延长。

盖梁结语

采用增设预应力及粘结钢板法对揽军高架桥桥墩病害盖梁进行了加固施工，使盖梁的承载能力大大提高，并阻止了原有裂缝继续开展。自2007 年施工艺有一些特殊要求，故应让专业的涂装技术人员进行桥梁斜拉索防护涂装作业，确保斜拉索涂装质量。 2100433B

4.1 普通钢筋混凝土盖梁抗弯设计

计算活载弯矩时，支点负弯矩采用活载非对称布置时的数值；跨中正弯矩采用活载对称布置时的数值。鉴于普通钢筋混凝土盖梁在使用过程中容易出现裂缝，建议在配弯矩钢筋时在正常的计算结果基础上适当增加。经计算发现：增加20%～30%的受拉钢筋数量，对于防止裂缝很有效果。钢筋要尽量均匀布置，弯矩筋和弯起的斜筋要合理调配，避免出现局部钢筋间距过大的情况。选择合理的柱间距和悬臂段长度间的比值，不仅能节省受弯钢筋，而且对弯剪钢筋的合理布置也有好处。通过计算总结，笔者认为，双柱式盖梁采用柱间距与悬臂段长度的比值为2.45~2.95最为适宜（均为2.7）。现在立交桥一般为了美观或桥下通行的需要，盖梁多采用大悬臂，而对柱间距不受限制的跨河桥，宜采用此比例布置。三柱式盖梁此比值以平均采用2.8为宜，中柱顶的弯剪钢筋一般会略大于边柱顶，为避免浪费，可单独配筋。

4.2 钢筋混凝土盖梁抗剪设计

4.2.1 原理

盖梁是弯剪受力为主的构件，在弯曲正应力和剪应力的共同作用下，将产生与梁轴线斜交的主拉应力及主压应力。因混凝土的抗压强度较高，一般不会被压坏，当主拉应力较大时，则可能使构件沿着垂直于主拉应力方向产生斜裂缝，并导致盖梁斜截面发生破坏。因此，钢筋混凝土盖梁除应进行正截面强度计算外，还需对弯矩和剪力同时作用的区段进行斜截面强度计算。这就要求盖梁除了具有合理的截面尺寸之外，还应配置斜弯钢筋和箍筋。

4.2.2 基本计算方法

在盖梁抗剪设计中，通常采用的方法是，当截面尺寸满足斜截面抗剪要求且需配剪力筋时，按极限状态法的结构设计原理进行剪力分配：计算的剪力值中60%由混凝土和箍筋共同承担，40%由弯起筋承担。上述方法一般适用于等截面的简支梁结构，其高跨比一般为1/15～1/25，而对于普通钢筋混凝土桥墩台盖梁，其高跨比一般为1/4～1/6，因此，用此方法计算盖梁的抗剪强度，其弯起钢筋的数量要偏大很多，会造成较大的浪费。

4.2.3 建议的计算方法

基于大量的钢筋混凝土梁的抗剪强度试验得出结论：梁的抗剪能力，箍筋和混凝土比斜筋能起到更有效的作用，因此本方法的计算思路是用足箍筋和混凝土的抗剪能力，剩余的剪力才由弯起钢筋承担。先给定一个合理的箍筋间距及面积，再计算所需弯起筋的面积。通过计算，笔者认为这种计算方法是符合实际的。

4.2.4 计算结果比较

现有的计算软件对剪力计算的方法是有区别的。“桥梁综合计算程序”采用的是基本计算方法；辽宁省交通勘测设计院的“中小桥涵CAD系统”采用的是第二种（笔者建议的）计算方法。西安方舟计算机有限责任公司的“桥梁通CAD6”软件，对这两种方法都能计算。经过计算比较得出：第一种计算方法比第二种方法所用的斜筋多35%～55%，且计算出需要斜筋的截面（位置）也比第二种计算方法要多，会造成较大的浪费，所以建议采用第二种计算方法。

4.3 设计体会

通过分析计算和设计实践，笔者有以下几点体会：

a）箍筋间距不宜过大，一般以10cm～20cm 为宜，这个间距有利于提高盖梁的抗裂和抗扭能力，箍筋可用Ⅰ级钢筋，直径不宜小于10；

b）弯起筋（斜筋）可以适当加强，其对于抵抗扭转内力（未计算）是有益的；

c）应充分发挥箍筋与混凝土的作用，合理配置弯起筋；

d）对于箱梁中较宽的盖梁，还要在横向上加强设计，因箱梁的支座较少且反力较大，应尽量布置墩台柱与支座位置相对应，这样会大大改善盖梁的受力，可以采用布置工字钢等型式解决局部承压过大的问题。

盖梁的计算要点是如何建立准确而且简化的计算模型。

3.1 盖梁的平面简化

3.1.1 关于盖梁平面基本简化的规定

《公路桥涵设计手册》中规定： 多柱式墩台的盖梁可近似地按多跨连续梁计算；对于双柱式墩台，当盖梁的刚度与柱的刚度之比大于5时，可忽略桩柱对盖梁的约束作用，近似地按简支（悬臂）梁计算。柱顶视为铰支承，柱对盖梁的嵌固作用被完全忽略，这种计算图式是以往设计实践中用得最多、最普遍的一种。目前一些盖梁计算程序，如“中小桥涵CAD系统”等一些平面计算的软件，基本上都是采用这种简化计算模式来分析盖梁内力的，这是一种基本的简化模式，但是对计算结果一般要作削峰处理。

3.1.2 盖梁平面基本简化模式存在的问题

上述的简化模式有些粗糙且有一定的局限性，使得计算结果偏大，按此进行的配筋设计往往过于保守。对于独柱式盖梁，常规的计算方法是将其视为一端嵌固的单悬臂梁，该简化使得悬臂根部的弯矩计算结果偏大；对于双柱式盖梁按简支（悬臂）梁计算，使得跨中弯矩计算结果明显偏大。而当盖梁的刚度与柱的刚度之比小于5时， 《公路桥涵设计手册》并未做明确说明。该简化模式的问题在于将墩柱与盖梁的连接等效成点支撑，将墩梁框架结构简单等效为简支（悬臂）梁来处理。这虽然使计算得到简化，但与实际结果偏差过大。而且无论墩柱尺寸及盖梁尺寸如何，皆按简支（悬臂）梁来处理，使得其适用范围受到限制。多柱式盖梁也存在同样的问题。现在有一种修正的计算方法是将单点铰支模型转化为两点铰支模型，此时墩顶负弯矩要比基本的简化模式（单点铰支模型）小，以达到削峰处理的作用。两点铰支模型的弯矩值与所模拟的两铰支点间的距离有关，但对这个距离目前还缺乏足够的依据。这种计算方法现在多用在独柱式盖梁的计算上，对于双柱式及多柱式盖梁，因计算结果差别很大，是不可取的。

3.1.3 平面简化的其他方法—整体图式法

本方法属于平面计算图式，但是属于超静定结构，手算比较繁琐，一般采用平面计算程序如“桥梁综合计算程序”，将墩柱及盖梁一起模拟，形成整体图式进行计算。此时墩柱与盖梁可以看成是一个平面刚架，边界条件可以简化为固端支承，将墩柱范围的区域考虑为受力而不变形的“刚域”。这种计算结果与空间计算结果比较接近，因为盖梁空间的计算都是整体图式的。如果考虑了基础周围介质（土体）对基础的作用， 较准确地模拟出弹性支承，则盖梁计算结果会更精确，但是计算量也会增加。以独柱式盖梁为例，笔者经过计算比较得出：整体图式法计算出的墩顶最大负弯矩，一般相当于基本简化模式计算结果的75%左右。但是这个结果仍然是有峰值的，峰值往往比实际值大，而如果利用墩柱边缘的数值往往又偏小。与实际受力接近的数值应该在墩柱边缘以内，位于墩柱中心与边缘之间。

3.1.4 结论

盖梁的几何外形简单，且是以弯矩、剪力及轴力为主，受力特点明确。将它模拟成平面杆单元比模拟成空间体单元计算要简单许多，而且能满足控制要求。空间计算结果虽然准确，但是计算复杂，对于盖梁计算必要性不大。采用盖梁平面基本的简化模式进行计算是最简单且比较实用的，但使用时要对局部区域的峰值如墩顶截面进行适当的折减削峰处理，因为盖梁的实际控制截面往往不在墩顶而在墩柱边缘附近，这样能避免造成较大的浪费。盖梁的刚度与柱的刚度之比越大，简化计算结果越准确。当相对刚度比大于10时，误差已经控制在10%以内了，在精度要求不很高的结构工程中是允许的，且偏于安全。此时可忽略桩柱对盖梁的弹性约束作用，把盖梁简化成简支或连续梁的型式。当然，整体图式法是计算最为准确的平面简化计算方法，计算简单且符合实际，建议有条件时尽量采用。

3.2 盖梁荷载的分析及简化

3.2.1 盖梁荷载组成及特征

盖梁的恒载包括：盖梁自重、预应力荷载、上部主梁重量以及桥面系荷载等，这些都比较明确且易于计算。人群荷载由于位置固定，可按均布的恒载考虑；盖梁活载为桥上车载通过主梁及支座时传递下来的，与计算主梁不同，活载作用在盖梁上的位置不是随机移动的，因为支座位置是固定的。同时，作用于桥面的活载位置却又是随机移动的，因此，要准确算出盖梁最不利内力情况下活载引起的各支座的反力，就需要正确的方法。归纳起来，盖梁活载布置分为纵桥向布载与横桥向布载两大步骤。

3.2.2 盖梁纵桥向布载

求出主梁的支座反力影响线，根据主梁的支座反力影响线纵桥向布置活载车队。对于简支桥梁的桥墩盖梁采用双孔布载，桥台盖梁采用单孔布载。纵桥向活载最大值根据桥梁计算跨径、车道数量和荷载等级的不同而不同。以下是笔者总结的几种常见跨径简支梁板桥双车道纵向布载的计算结果。在一些盖梁计算程序里，纵向布载数据有时需要自己手算输入，如人们常用的“桥梁综合计算程序”，在进行盖梁横向计算时，需要输入一个“横向分配系数”，用表中的数值除以2得到单车道数值，再除以加重车后轴重量即得。

3.2.3 盖梁横桥向布载

横桥向按车轮最不利位置布置活载 ， 然后根据车轮横向位置求出相应各片主梁的荷载横向分布系数。在盖梁横向布载计算中，一般采用杠杆法或者偏心受压法来计算活载横向分布影响线。盖梁不同位置对应的最不利车轮横桥向的布置也不相同，活载对称布置时用杠杆法，非对称布置时用偏心受压法。大部分盖梁计算程序都能自动计算活载横向分布影响线，原理都是一样的。计算主梁的横向分布系数时要注意：盖梁某个位置的最不利内力，在求解各T梁的剪力横向分布系数时，车轮横桥向的位置是固定不变的，而车轮不同的横向布置对应各T梁不同的剪力横向分布系数。

盖梁除了自重荷载之外，主要承受由支座传递过来的上部结构的恒载。对不同桥宽、不同跨径简支梁板桥的盖梁内力计算结果进行分析，以双柱式桥墩盖梁墩顶负弯矩为例：盖梁自重所占比例很小，为9%左右；上部恒载所占比例很大，为63%左右；而活载只占总荷载比例的28%左右。

受力特点

盖梁的主要荷载是由其上梁体通过支座传递过来的集中力，盖梁作为受弯构件，在荷载作用下在各截面除了引起弯矩外，同时伴随着剪力的作用。此外，盖梁在施工过程中和活载作用下，还会承受扭矩，产生扭转剪应力。扭转剪应力的数值很小且不是永久作用，一般不控制设计。实际计算中一般只考虑弯剪的组合，因为考虑弯、剪、扭三种内力同时组合，需要空间分析，计算工作会很繁琐，而且实际意义也不大。可见盖梁是一种典型的以弯剪受力为主的构件。

桥梁设计中， 柱式桥墩是普遍采用的结构型式 。 对于简支桥梁 ， 盖梁是一个承上启下的重要构件 ， 上部结构的荷载通过盖梁传递给下部结构和基础 ， 盖梁是主要的受力结构 。 在设计中的跨径 、 斜度 、 桥宽 、 车辆荷载标准的变化梁设计的影响很大， 很难完全套用标准图和通用图 。 盖梁设计的标准化程度很高，需要对盖梁进行较多的计算，所以盖梁设计是桥梁设计的一个关键部分。

墩台盖梁是桥墩台盖梁的施工作业方式。

盖梁施工

桥墩台盖梁采用托架法现浇，模板采用大块组合钢模，利用预留的孔洞安装托架纵横梁，在横梁上拼装好底模。然后先绑扎盖梁钢筋，经监理工程师检查合格，再拼装两侧的模板。盖梁模板可用钢管撑成缆绳拉将其固定。2100433B