１维修方案比选
１．１顶板局部凿除方案
顶板局部凿除方案即凿除崩裂的顶板（顺桥向凿除范围为墩顶两侧各６ｍ），顺直预应力管道，然后浇筑顶板，恢复凿除截面。凿除截面横向位置如图３阴影部分所示。该方案施工顺序为：①放张凿除区域内已张拉的３１根顶板钢束，凿除顶板；②顺直预应力管道，恢复凿除截面，张拉凿除截面预应力；③在支架上张拉剩余全部钢束；④脱架，转体就位；⑤合龙成桥；⑥收缩徐变完成；⑦运营阶段。采用ＭＩＤＡＳ有限元软件计算该方案各施工阶段及运营阶段主梁顶、底板最大及最小正应力，计算结果如表１所示。由于后恢复的顶板顺桥向位于墩顶，在预应力作用下各阶段均承受压应力，本文仅给出最小应力数值。由计算结果可以看出维修各施工阶段顶、底板截面均未出现拉应力，最大压应力为１５．３ＭＰａ，小于Ｃ４５混凝土施工阶段压应力限值２０．７２ＭＰａ；运营阶段顶、底板各截面未出现拉应力，未凿除顶板的最大压应力为１８．３ＭＰａ，超过了Ｃ４５混凝土运营阶段压应力限值１４．８ＭＰａ，且后恢复的顶板混凝土没能充分发挥作用，运营阶段最大压应力仅为９．８ＭＰａ。
１．２顶板局部补强方案
顶板局部补强方案即在崩裂的顶板处新增横隔板进行局部补强。顶板局部补强方案纵断面示意如图４所示。该方案施工顺序为：①已张拉的钢束灌浆，凿除崩裂、破损的混凝土，在图４阴影区域箱室内增加横隔板；②在支架上张拉剩余全部钢束；③脱架，转体就位；④合龙成桥；⑤收缩徐变完成；⑥运营阶段。采用ＭＩＤＡＳ有限元软件计算该方案各施工阶段及运营阶段主梁顶、底板最大及最小正应力，计算结果如表２所示。由计算结果可以看出维修各施工阶段顶、底板截面均未出现拉应力，最大压应力为１５．０ＭＰａ，小于Ｃ４５混凝土施工阶段压应力限值２０．７２ＭＰａ；运营阶段顶、底板各截面未出现拉应力，顶板的最大压应力为１５．７ＭＰａ，超过了Ｃ４５混凝土运营阶段压应力限值１４．８ＭＰａ。
１．３方案比选结果
若采用顶板局部凿除方案，结构外观与原设计一致，但施工难度大；运营阶段后补顶板最大压应力仅９．８ＭＰａ，顶板混凝土未能充分发挥作用，导致未凿除的混凝土运营阶段标准组合压应力达到１８．３ＭＰａ，比Ｃ４５混凝土的压应力限值大３．５ＭＰａ。若采用顶板局部补强方案，结构外观与原设计有一定的出入，但新增横隔板工程量小，施工难度小；与顶板局部凿除方案相比，采用该方案成桥后结构压应力较小，顶板最大压应力１５．７ＭＰａ，比Ｃ４５混凝土的压应力限值大０．９ＭＰａ。综合２种方案的优、缺点，决定将顶板局部补强方案作为推荐方案。
２推荐方案的优化
２．１运营阶段结构应力的优化
按照顶板局部补强方案，如采用原设计的预应力数量，标准组合下距离主墩中心线约１２ｍ处的箱梁顶缘应力达到１５．７ＭＰａ，超过了Ｃ４５混凝土的应力限值１４．８ＭＰａ。考虑原设计偏于保守，提出减少箱梁预应力的方法以减小箱梁顶缘应力。具体的预应力调整方案如下。（１）合龙前减少张拉：２束ＺＴ０６、２束ＢＴ１０、２束ＺＴ０５、２束ＢＴ１１、４束ＺＴ１１、２束ＢＴ１２、２束ＢＴ１２′每束分别由原设计的２２根减为１５根，２束ＺＴ０４每束分别由原设计的１９根减为１５根。其中２束ＺＴ０６、１束ＢＴ１０为已张拉钢束，施工时实际为放松７～１５根，其余钢束均为未张拉钢束，按１５根张拉即可。（２）合龙后减小张拉：所有合龙底板束的张拉控制应力均由０．７５ｆｐｋ减为０．６８ｆｐｋ，ｆｐｋ为钢绞线抗拉强度标准值。经计算，采用该预应力调整方案，标准组合下距离主墩中心线约１２ｍ处的箱梁顶缘应力降到１４．７７ＭＰａ，满足规范要求。
２．２成桥状态主梁线形的优化
采用原设计方案施工时，拆除主梁支架后，梁端发生４．２ｃｍ的竖向下挠变形。按该方案施工时，拆除主梁支架后，梁端发生７．１ｃｍ的竖向下挠变形，比原设计方案大２．９ｃｍ。由于支架施工转体梁段时预拱度是根据原设计方案设置的。因此，为了保证主梁线形，通过增加铺装层的厚度对主梁线形进行调整：转体梁段端部铺装层厚度增加２．９ｃｍ，主墩中心和主梁端部不增加，中间部分按直线拟合。进行结构计算时将增加的铺装计入二期恒载。
３结构计算分析
采用ＭＩＤＡＳ有限元软件，按照优化后的顶板局部补强方案对结构进行计算分析，计算时考虑预应力偏位的影响。有限元模型如图５所示。
３．１施工阶段结构计算结果及分析
优化的顶板局部补强方案下箱梁顶、底板最大及最小正应力如表３所示。由表３可以看出维修各施工阶段顶、底板截面均未出现拉应力，最大压应力为１３．７ＭＰａ，小于Ｃ４５混凝土施工阶段压应力限值２０．７２ＭＰａ，施工过程应力满足规范［７］要求。
３．２成桥状态结构计算结果及分析
（１）承载能力基本组合下，主梁的最大正弯矩出现在距离墩顶５５．５ｍ处，弯矩值为１６６４１３．７ｋＮ•ｍ，对应的抗力为４０１２１２．８ｋＮ•ｍ，主梁的最大负弯矩出现在距离墩顶４ｍ处，弯矩值为－１８０７３７０．０ｋＮ•ｍ，对应的抗力为－２１９６７５５．８ｋＮ•ｍ，内力的绝对值均小于相应截面的抗力值，主梁承载能力满足规范要求。（２）短期组合下，箱梁截面上缘墩顶附近出现了拉应力，最大值为０．５７ＭＰａ；箱梁截面下缘最大正应力均为压应力，未出现拉应力。墩顶的拉应力是由于计算的失真导致的，且应力数值很小，主梁正截面抗裂满足全预应力结构要求。短期组合下，箱梁截面最大主拉应力出现在主墩两侧附近，最大值为０．９２ＭＰａ，小于Ｃ４５主拉应力限值１．００４ＭＰａ，主梁斜截面抗裂验算满足规范要求。（３）标准组合下，箱梁截面上缘最大压应力出现在距离主墩中心线１２ｍ附近，最大值为１４．７１ＭＰａ，小于正截面压应力限值１４．８ＭＰａ；箱梁截面下缘最大压应力出现在合龙段附近，最大值为１２．６６ＭＰａ，小于正截面压应力限值１４．８ＭＰａ，主梁正截面压应力验算满足规范要求。标准组合下，箱梁截面最大主压应力出现在距离主墩中心线１２ｍ附近，最大值为１４．７１ＭＰａ，小于Ｃ４５主压应力限值１７．７６ＭＰａ，主梁斜截面主压应力验算满足规范要求。（４）按短期组合计算结构挠度，消除结构自重产生的挠度为２２．４ｍｍ，考虑长期效应系数１．４３７５，挠度为２２．４ｍｍ×１．４３７５＝３２．２ｍｍ，主梁挠度限值Ｌ／６００＝７３０００ｍｍ／６００＝１２１．７ｍｍ，主梁刚度满足规范要求。
４结语
本文针对某Ｔ形刚构桥施工过程中出现的箱内顶板混凝土崩裂的病害，提出２种维修方案，通过比较分析将施工难度小、主梁顶板压应力均匀且极值较小的顶板局部补强方案作为推荐方案，并提出减少预应力的措施对结构应力进行优化，以及采用增加铺装层厚度的措施对主梁线形偏差进行优化。按照优化后的局部补强方案对结构进行计算分析，计算结果均能满足规范要求。可以看出，由于原设计偏于保守，从挖掘设计潜力的角度出发，采用减少预应力的措施解决混凝土抗压强度不足的问题是现实可行综合经济期刊的，通过维修可以保证桥梁的施工过程安全及使用要求。该桥实际施工时即采用该方案，维修效果良好。
作者：高立强 郑平伟 单位：中铁大桥局集团桥科院有限公司 桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室
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