淺談大跨連續(xù)剛構(gòu)橋加固工程中體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用
2015-08-26
隨著我國大噸位預(yù)應(yīng)力體系的生產(chǎn)和發(fā)展以及結(jié)構(gòu)計算手段的改進,連續(xù)剛構(gòu)橋在工程領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。近20多年來，國內(nèi)修建了不少連續(xù)剛構(gòu)橋。然而由于各種原因，部分連續(xù)剛構(gòu)橋出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失過大、跨中下?lián)线^大、主梁混凝土普遍開裂等病害。由于體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是一種主動加固補強法，對主梁結(jié)構(gòu)主動施加有效預(yù)應(yīng)力，從而提高結(jié)構(gòu)承載能力、改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、適當恢復(fù)結(jié)構(gòu)線形，阻止跨中繼續(xù)下?lián)稀⒉糠至芽p閉合等優(yōu)點，同時，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)具有施工方便、運營干擾小、結(jié)構(gòu)損傷小、快速高效、易于檢測和更換等特點，被認為是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的主要加固方法。本文通過一工程實例來闡明這種加固方法,并對其加固效果進行分析。
1 某連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計
1）工程概況
某橋建成于2006年，主橋橋跨結(jié)構(gòu)布置為140m+240m+140m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋(見圖1);箱梁為三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用單箱單室，橋面寬22m，根部及0號塊梁高為13.5m，箱梁跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高為4.0m;設(shè)計荷載:汽車-超20級，掛車-120，人群-3.5kN/m2。
橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀病害，跨中下?lián)喜⒊掷m(xù)增加，2008年橋面標高比竣工橋面標高低31.7cm，；箱梁腹板大范圍內(nèi)縱向開裂，且無規(guī)律；跨中合攏段箱梁底板混凝土開裂、崩裂，頂板縱向裂縫較多，兩邊跨端部箱梁頂板裂縫較多，端橫隔板裂縫較多。
2）體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計
為準確檢算結(jié)構(gòu)的承載能力，進行體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計，現(xiàn)以撓度、應(yīng)力擬合法建立實橋結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀相符的結(jié)構(gòu)損傷模型，并采用橫向活載增大系數(shù)將箱梁橋空間問題簡化成平面問題進行計算。因此利用橋梁結(jié)構(gòu)專業(yè)軟件建立全橋結(jié)構(gòu)有限元模型。根據(jù)2008年的橋面標高比竣工標高低32cm進行撓度、應(yīng)力擬合法進行試算，當中跨底板縱向有效預(yù)應(yīng)力折減20%時，預(yù)應(yīng)力損失導(dǎo)致跨中下?lián)?1.5cm；收縮徐變導(dǎo)致跨中下?lián)?7.9cm;溫差導(dǎo)致躊中下?lián)?.83cm，其下?lián)峡偭?1.23cm與32cm接近。當豎向預(yù)應(yīng)力計入30%時，箱梁的最大主拉應(yīng)力為3.07mpa，超時混凝土的抗拉設(shè)計強度值2.45mpa,即混凝土開裂。因此，中跨底板縱向預(yù)應(yīng)力損失20%，堅向預(yù)應(yīng)力計入30%的結(jié)構(gòu)損傷模型與橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀相符。橋梁結(jié)松承載能力檢算結(jié)果。
基于以上結(jié)構(gòu)的承載能力檢算進行體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計，其加固設(shè)計方案主中跨增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力束，分別錨固于0號塊橫隔板邊跨側(cè)，共增設(shè)12根Φj15.2～19的體外預(yù)應(yīng)力束，通過四個轉(zhuǎn)向板分三批進行下彎，下彎角度分別為9.1°、7.6°、5.7°；箱梁腹板、頂板粘貼鋼板進行加固。
2 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固效果評價
1）加固效果的理論評價
檢算加固前后連續(xù)剛構(gòu)橋的應(yīng)力、撓度、承載能力是評價體外預(yù)應(yīng)力加固連續(xù)剛構(gòu)橋的重要指標。
以下主要從應(yīng)力、撓度、承載能力三方面的理論計算結(jié)果對連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固效果進行分析評價，現(xiàn)將控制截面的計算結(jié)果。
由表2可知，加固后主梁結(jié)構(gòu)受力得到顯著的改善，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
?、倏箯澇休d能力最大提高4.9%，全橋受力情況得到改善，且中跨懸臂端、1/8中跨截面的承載能力分別提高3.7%,4.6%;
?、谥髁褐锌缰骼瓚?yīng)力顯著降低，特別是跨中降低了1.91MPa，且最大主拉應(yīng)力截面由3.07MPa降到2.65MPa。
?、奂庸毯笾锌缥灰凭煌潭鹊奶岣撸缰凶畲笊蠐现禐?.01cm。
2）加固效果的實測評價
由于張拉體外預(yù)應(yīng)力束前，發(fā)現(xiàn)跨中合攏段上游側(cè)底板下緣存在混凝土崩裂、波紋管及鋼筋外露等嚴重病害。為慎重起見，暫停了大橋體外預(yù)應(yīng)力的張拉工作，為消除新增荷載對大橋產(chǎn)生的不利影響，先張拉了T3,T4體外預(yù)應(yīng)力束。通過對張拉體外預(yù)應(yīng)力束T3,T4的監(jiān)測結(jié)果進行分析評價，得出張拉T3,T4體外預(yù)應(yīng)力束后，主梁結(jié)構(gòu)變形、控制截面的混凝土應(yīng)力或應(yīng)變變化正常，未出現(xiàn)明顯偏離設(shè)計預(yù)期值。最后根據(jù)張拉T3,T4的監(jiān)測結(jié)果和該橋的特殊檢測報告，張拉余下體外預(yù)應(yīng)力束。
由施工監(jiān)控的實測應(yīng)變、撓度、裂縫等監(jiān)測結(jié)果進行加固效果評價，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固連續(xù)剛構(gòu)橋能顯著的改善結(jié)構(gòu)的受力，主要體現(xiàn)在以下方面:
?、購埨w外預(yù)應(yīng)力過程中，主梁變形、控制截面混凝土應(yīng)力正常，變化規(guī)律和數(shù)值與理論分析結(jié)果基本一致，達到加固設(shè)計的目的。
?、谥锌缰髁航Y(jié)構(gòu)線形均有不同程度的上撓，且跨中最大上撓20mm與基本理論值相符;
?、壑髁旱?、頂板混凝土壓應(yīng)力或應(yīng)變均有不同程度的提高，其中跨中底板混凝土應(yīng)力最大增加了2.25MPa，頂板混凝土應(yīng)力最大增加了0.66MPa，跨中截面下緣的壓應(yīng)力儲備提高;
④在體外預(yù)應(yīng)力束張拉過程中，跨中底板橫向裂縫有不同程度的閉合，縱向裂縫有輕微增加，無混凝土塊塌落。
3 結(jié)論
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固連續(xù)剛構(gòu)是一種有效的主動加固方法，且加固效率高，效果顯著。通過理論、實測結(jié)果表明連續(xù)剛構(gòu)橋采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固能適當恢復(fù)結(jié)構(gòu)線形，阻止跨中繼續(xù)下?lián)?增加主梁的壓力儲備，降低主拉應(yīng)力;部分裂縫閉合及阻止裂縫繼續(xù)擴展與混凝土開裂等。將體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)用于連續(xù)剛構(gòu)橋的加固,采用現(xiàn)有施工手段即可實現(xiàn),加固方法易于被工程所接受,為今后連續(xù)剛構(gòu)橋的補強及承載潛力的提高提供了較好的途徑。因此，采用體外預(yù)應(yīng)力加固連續(xù)剛構(gòu)橋是改善結(jié)構(gòu)受力的行之有效方法。為同類橋梁加固設(shè)計工程積累經(jīng)驗。
