连续箱梁桥体外预应力加固分析_吴雅玲.pdf

运输经理世界隧道与桥梁工程0引言现如今，大量桥梁运营一定时间后，由于环境及各种荷载作用的影响，出现裂缝、荷载强度降低等现象，如仍需桥梁提供原设计荷载等级的服务，对所有出现病害的桥梁进行拆除重建是不现实的，基于此种背景下，通常对旧桥进行检测并评估后，再对桥梁进行对应的加固处理举措。在进行加固处理措施时，连续箱梁桥体施加体外预应力效果比较显著，其共分为体外预应力束、锚固系统、转向装置和减振装置等 4部分，而加固设计则主要就桥梁当前存在的技术实况，对可变性的设计参数进行更为科学性的取值与组合，并以此来获取更为完善的加固效果。在实践应用中具备了便于检查、易安装、防腐程度高、工厂化、低程度磨损后可调整、规格多样、安装形式多样化等优点，故而，对此展开探讨是极具研究意义的，同时也希望通过此次研究能对运营中的连续梁桥因预应力产生病害后进行加固提供一定的帮助。1工程概况内蒙古某六跨梁式桥，桥梁全长为 279m，东起第1 跨第 3 跨为主桥，为三跨预应力混凝土连续箱梁，跨径组合为 40.0m+70.0m+40.0m；东起第 4 跨第 6跨为引桥，为三跨先简支后连续预应力混凝土小箱梁，跨径组合为 340.0m。主桥上部结构采用三跨单箱单室变截面预应力混凝土连续箱梁，箱梁底宽 6m，顶宽 12m，两侧翼缘长 3.0m。梁高、底板厚按二次抛物线变化，梁高 4.0m（支点）2.0m（跨中）；底板厚 0.65m（支点）0.30m（跨中）。顶板厚 0.28m，腹板厚 0.450.65m。箱梁仅设支点端横隔梁。引 桥 上 部 结 构 每 跨 均 由 4 片 小 箱 梁 组 成，梁 高2.0m，边梁顶板宽 2.85m，中梁顶板宽 2.4m，顶板厚度 0.18m；底板宽 1.0m，跨中位置底板厚度 0.18m，支点位置底板厚度 0.32m；腹板跨中位置厚 0.2m，支点位置厚 0.32m；相邻小箱梁中心间距 2.9m，每跨在梁端及跨中处共设置 3 道横隔梁，端横隔梁厚 0.5m，中横隔梁厚 0.2m。主桥桥型布置示意图见图 1。图 1 主桥桥型布置示意图（单位：mm）2主桥主要病害主桥箱梁第 2 跨梁底出现大量横向裂缝，部分裂缝 沿 腹 板 向 上 延 伸，呈“L”形，裂 缝 最 大 宽 度 为0.12mm，裂缝宽度略有发展，不满足 公路桥涵养护规范（JTG H112004）规定的预应力混凝土构件不允许产生竖向裂缝（横向裂缝）的规定。第 2 跨箱梁梁底跨中区域出现大面积网裂，面积约为 8.77m2。横向裂缝位置分布示意见图 2。为连续箱梁梁底纵向预应力不足所引起1。对该桥进行静载试验，静载试验结果显示：在相当于设计公路-I 级的荷载试验效果下，主桥中跨跨中箱梁梁底存在着 75%的应变测点，校验系数1.0，表连续箱梁桥体外预应力加固分析吴雅玲（上海同丰工程咨询有限公司，上海 200444）摘 要：以连续梁桥因预应力产生病害后进行加固的措施展开探讨，主要研究目的在于希望可以对后期运营中的同类病害实施加固措施提供些许借鉴作用。通过对某现状单箱单室变截面预应力混凝土连续箱梁正截面预应力不足情况进行检测评估，提出采用施加体外预应力的方式对该桥承载力进行补强，并对施加外预应力体系前后进行承载能力分析，对连续变截面预应力混凝土连续箱梁补偿作用是有显著效果的。关键词：梁桥；体外预应力；桥梁加固中图分类号：U445.7+2文献标识码：A98运输经理世界隧道与桥梁工程明此桥的主桥中跨靠上部分的结构预应力箱梁中部位置存在着正截面预应力欠佳的状况，表示截面的受力条件还不能满足全预应力构件设计的受力标准，因而在正常应用阶段的极限状态时也就无法符合设计荷载所要求的标准。由于该桥通行超载车辆较多，全桥上下部结构均存在其他不同程度的病害。3病害分析主 桥 中 跨 跨 中 梁 底 附 近 出 现 大 量 横 向 裂 缝，应变-弯矩关系曲线来看，混凝土应变随着荷载增加呈非线性变化，说明中跨跨中断面混凝土处于非弹性工作状态，这与该跨已出现较多横向微裂缝的情况相符。但从挠度-弯矩曲线可以看出箱梁挠度随荷载增加基本呈线性增加，之所以产生上述现象，是由于中跨最大正弯矩断面底缘混凝土有效预应力不足，在桥上活载作用下混凝土受拉而进入塑性状态，甚至产生微裂缝，而对主梁刚度影响不明显，故挠度并未呈明显增加。综上所述，该桥中跨跨中的正截面部位表明存在着预应力欠佳现象，其受力也无法满足全预应力构件设计的受力标准，这和中跨跨中梁底发现较多横向受力裂缝的现象相吻合2。4主桥连续梁体外预应力加固措施4.1 增设体外预应力索通过增设体外预应力体系改善箱梁跨中附近区域梁底的横向开裂病害状况，将箱梁跨中梁底的纵向压应力水平恢复至原设计规范的 A 类预应力混凝土构件要求。4.2 裂缝处理对裂缝通过表面封闭或压力灌缝的方式进行处理，恢复箱梁的结构耐久性。体外预应力布置如下：第 2 跨箱梁梁底出现横向受力裂缝，荷载试验结果表明主桥目前梁底预应力不足，梁底预应力有所损失，故在主桥中跨箱梁内部梁底增设 10 束 12-AS15.2体外预应力束，其中 2 束为中跨梁底备用束，施工时不需穿束。其余 8 束中 2 束为通长束，锚固于边跨端部新增横梁，另外 6 束锚固在中跨箱梁内新增横梁进行 锚 固。体 外 束 采 用 两 端 张 拉，张 拉 控 制 力 为170.64t，用于补充不足的有效预应力。体 外 预 应 力 束 当 中 的 钢 绞 线 采 用 公 称 直 径 为15.2mm、标 准 强 度 为 1860MPa、计 算 弹 性 模 量 为1.95105MPa 的高强度低松弛钢绞线。梁端锚固块为钢筋混凝土横隔板，端头锚固块为厚 1.7m 的混凝土梁锚固块，通过植筋与箱梁连接。转向块采用混凝土横隔板形式，转向器外套钢管预埋在转向块内，与箱梁之间采用植筋方式连接。减振装置采用钢制索夹将体外索固定在混凝土梁体上，体外束与索夹之间布置阻尼橡胶,减震器为成品。体外预应力钢绞线布置见图 3。5计算结论主要计算参数设置：桥梁设计安全等级：一级。恒载：其中，沥青混凝土：24kN/m3。普通钢筋混凝土：26kN/m3，钢 材 78.5kN/m3，混 凝 土 桥 面 铺 装 层 为0.08m 钢筋混凝土层+0.10m 沥青混凝土层，两侧防撞护栏 10kN/m，横隔板转向块按实际荷载计入。活载：设计荷载等级为公路-级，冲击系数由程序自动计入。混凝土结构温度荷载：线膨胀系数：混凝土结构=0.000010；桥面板局部升降温；按 公路桥涵设计通用规范（JTG D图 2 第 2 跨箱梁梁底横向裂缝展开示意图图 3 预应力钢绞线布置半立面图（单位：cm）99运输经理世界隧道与桥梁工程2004）第 4.3.10 条梯度温度效应计算，梯度升温 T1=14，T2=5.5；梯度降温 T1=-7，T2=-2.75。混凝土加载龄期：7 天。相对湿度：70%。收缩徐变：3650 天。按照 公路桥涵设计通用规范（JTG D2004）执行。对持久状态下承载力予以验算，并展开荷载效应组合工作，就正常应用状态下的极限值进行计算，得出各类状况下荷载效应所呈现的长期和短期效应组合。由于体外预应力损失很难通过荷载试验进行定量分析，故此假定由于跨中索预应力张拉力不足，成桥后在短期荷载作用下跨中梁底截面应力为 0MPa。整体计算采用 midas/civil2011 V7.9.0 版进行计算。在实际建模期间，针对主、横梁各单元展开计算，需要计算的模型总的节点数达到 173，单元数 168，如图 4 所示3。图 4 计算模型图示以 A 类预应力构件标准针对结构构件展开相应的设计计算，按持久状态且是正常的应用期间处于极限状态阶段的设计标准，通过效用情况进行短期或长期的组合，并对两者效应组合方式所形成的效应组合情况的影响性进行考虑，同时针对构件本身的挠度和抗裂度予以对应的验算。计算结果显示：短期效应组合下的截面上下缘的正应力，除梁端出现小许拉应力，其余截面均未出现拉应力，满足规范要求；长期效应组合下的截面上下缘的正应力，截面均未出现拉应力，满足规范要求；构件斜截面混凝土的主拉应力满足规范要求。考虑预应力损失后，由预应力钢束对梁底产生的压应力，如图 5 所示，加固后由预应力钢束对梁底产生的压应力，如图 6 所示。加固完成后，增加体外预应力束对跨中梁底的预压应力为 2MPa，能够抵抗约0.5 倍的汽车荷载产生的梁底拉应力。图 5 考虑预应力损失后由预应力钢束对梁底产生的压应力（单位：MPa）图 6 加固后由预应力钢束对梁底产生的压应力（单位：MPa）6结语综上所述，当预应力混凝土连续箱梁桥运营至一定程度后，预应力损失不可避免地发生，梁底同时产生大量裂缝，通过施加体外预应力的方式，对提高结构抵抗汽车荷载的安全储备具有显著效果，且体外预应力后期维护及调整方面具有较大优势，后期预应力松弛后补张拉等较便捷，但对施工要求较高，且要保证锚固块与主梁的连接强度。该桥施工完成后，运营中监测结果显示良好，因此增设体外预应力对预应力不足情况的补强是安全、可行的。参考文献：1中华人民共和国交通运输部.公路桥梁加固设计规范：JTG/T J222008S.北京：人民交通出版社，2008.2孙宝俊，周国华.体外预应力结构技术及应用综述J.东南大学学报，2001（1）：109-113.3毛德均，钱永久.套箍法加固钢筋混凝土轴压柱的设计参数研究J.防灾减灾工程学报，2017（3）：396-404.作者简介：吴雅玲（1986-），女，河南开封人，硕士，工程师，从事桥梁检测与加固设计工作100