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论桥梁体外预应力加固技术的应用
发布时间:2014-12-03
  摘要:在经济建设和科学技术发展迅速的当下,预应力技术在桥梁施工中的应用越来越广泛,但是由于预应力张拉施工工艺复杂,专业性较强,在实际施工中出现许多质量问题。本文结合工程实例,主要阐述预应力技术在桥梁施工中的应用,介绍了其在工程应用中的优缺点,以供参考借鉴。
  关键词:桥梁加固施工技术;预应力;设计
  1 引言
  体外预应力筋布置在截面外,孔道防腐材料灌注质量容易检查,防腐质量可以得到保证,避免了体内布筋时腹板中由于波纹管较密,腹板不易振实的缺点,质量容易保证。可随时检查力筋状态,补拉应力损失,甚至替换失效钢束,可以全梁加固,也可局部加固。它不仅可以用来改善梁的受弯性能,还可以用来改善构件抗剪性能。因此,体外预应力技术是一种高效、经济且施工方便的结构形式,具有极大的发展前景。
  2 预应力加固桥梁施工技术案例
  2.1 连续箱梁桥
  2.1.1 工程概况
  某跨线桥全桥长748.4m,分为左右幅,每幅25跨4联,跨径组合为:左幅(29.88m+7×29.87m)+(20.63m+4×29.87m)+(6×29.87m)+(3×29.87m+29.88m+29.88m+29.91m);右幅(30.12m+5×30.13m)+(6×30.13m)+(20.81m+6×30.13m)+(4×30.13m+30.12m+30.11m),标准跨为30m,上部结构采用部分预应力混凝土连续箱梁,为双幅单箱单室。桥梁下部结构为独柱与双柱式桥墩,钻孔灌注桩基础,桥台为肋板埋置式桥台,伸缩缝在中墩处采用SSF-160B型橡胶伸缩缝,桥台采用ABOSD-125橡胶伸缩缝。该桥设计荷载为:汽-超20级,挂-120级。
  2.1.2 加固前主要病害
  1)主要病害为桥梁体跨中、以及桥墩顶部位出现竖向裂缝,并且还有个别的墩顶附近会出现斜向裂缝。
  2)梁体局部有露筋、锈蚀等现象;梁体有局部破损及划痕。
  3)箱梁底板1/4跨—3/4跨横向裂缝与腹板竖向贯通裂缝有明显的发展,数量增加、宽度及长度增大,为“L”、“U”形裂缝。
  4)箱梁内部顶板也出现多条纵向裂缝与网裂。
  2.1.3 病害原因分析
  造成上述病害的主要原因主要是交通量过大、超载车多,使桥梁长期处于超负荷工作状态,结构承载能力不够;其次,原设计承载力对目前交通量的发展估计不足。
  2.1.4 体外索加固设计要点
  1)箱梁腹板两侧加厚并设置小股预应力束N1(7φs15.2)、N2(5φs15.2),边跨箱梁内腹板增设N3(7φs15.2)束,以提高正弯矩区极限承载能力,增加结构预应力度,具体布置如图1所示。
  图1 腹板加厚并设置小股预应力束布置图(cm)
  2)箱梁墩顶区桥面铺装层内设置小股预应力束(2φs15.2),以提高墩顶负弯矩区的抗弯承载能力及压应力储备,具体布置如图2、3所示。
  图2 负弯矩区预应力横断面图(cm)
  图3 负弯矩区预应力纵断面图(cm)
  2.1.5 体外预应力索加固效果
  荷载试验结果表明,试验效率系数满足规范规定要求,试验结果可用于评定;结构在卸载后基本能够恢复变形,相对残余变形和相对残余应变均小于20%,满足规范要求,说明加固后结构处于弹性工作状态;通过加固前后对比分析,说明结构刚度有明显提高。
  通过试验结果分析,腹板两侧张拉预应力钢束后,跨中截面的应力状况有明显改善;墩顶张拉预应力钢束后,墩顶截面应变有较明显的改善,截面应力状况得到较大改善。
  2.2 T型刚构桥
  2.2.1 工程概况
  某大桥桥梁为混凝土T梁桥,总长2024.321m,桥宽14.84m,桥跨组合为:10×16m+3×30m+(55m+80m+55m)+23×30m+(65m+2×100m+65m)+10×30m+16×16m。加固工程主要对该大桥两处T构进行维修加固:(55m+80m+55m)双T构带挂梁;(65m+2×100m+65m)三T构带挂梁。
  2.2.2 加固前主要病害
  1)T构箱梁内部腹板均有斜裂缝,裂缝距离悬臂端2.5~13m,缝宽在0.2mm左右,其中80mT构腹板斜裂缝宽度达到0.25mm,均属受力裂缝;
  2)T构箱梁内部顶板存在大量继续开展、宽度在0.15mm左右的纵向裂缝,分布密度大,且有新裂缝发展;
  3)100m跨T构箱梁内部靠近端横隔板6m处腹板有3个锚头外露锈蚀,27号墩南侧T构箱梁右室顶板有一处钢绞线外露锈蚀;
  4)41、42号T构桥端船撞后混凝土破损面积较大,42号T构有露筋及穿孔现象;
  5)T构箱梁悬臂端有较为明显下挠变形。
  2.2.3 加固设计要点
  为了提高该大桥主跨T构的刚度及承载能力,在一定程度上改善箱梁应力状态,需在箱梁内部增设预应力钢束(12φs15.2),每个T构4根预应力钢束(见图4、5),张拉端均位于两端牛腿锚固端。转向处新增横隔墙和纵梁,牛腿锚固端均采用C50混凝土。
  预应力锚具采用OVM15-12型,钢绞线采用标准强度1860MPa。
  图4 T构预应力束布置图(m)
  图5 断面图
  T构加固目标:维持桥梁原荷载标准的前提下恢复桥梁承载力,维持桥梁外形和结构体系不变。主要通过两方面措施来实现:
  1)采用粘贴钢板碳纤维布加固方法,对局部构件承载力加强;
  2)通过在T构箱内增加体外预应力束来改善线性和提高承载力、减少挠度。
 2.2.4 体外预应力索加固效果
  1)静载试验结论:偏载情况下跨中截面最大正弯矩静力荷载试验效率为0.98,墩顶截面试验效率为1.0,满足规范要求;跨中截面、墩顶截面应变校验系数分别为0.79和0.76,介于规定常值范围(0.75~1.05),截面强度满足要求;跨中截面实测弹性挠度最大数值为11.07mm<规范要求(50mm),刚度满足要求。
  2)动载试验结论:脉动试验测出结构固有频率值较理论计算值大,且各阶振型与有限元计算结果吻合较好,桥梁整体刚度满足要求;桥梁平均阻尼比为3.0%,无障碍行车试验不同行车速度下挠动对应的动力系数为1.048,小于设计值1.075。
  该大桥主跨加固完成后,桥跨结构工作状态良好,承载能力满足设计荷载标准(汽车-20,挂车-100)的要求,该次加固施工实现了加固设计意图,达到理想的加固效果。
  3 分析
  桥梁体外索加固技术在桥梁加固施工中应用比较广泛,在确保结构的正常安全营运同时取得了良好的经济和社会效益。
  通过进行现场实际施工,对比以往常规加固方法,增设体外预应力加固法有如下优缺点:
  3.1 优点
  1)锚固构件尺寸小,自身质量增加少;
  2)增加荷载效果明显;
  3)对桥梁损伤小,施工完成后不影响桥下净空;
  4)预应力布置方式可以根据桥型和病害情况而灵活选择;
  5)增设的预应力索可以安装索力监测器,及时掌控应力变化,了解结构受力情况。
  3.2 缺点
  1)锚固及转向区域局部应力较大,易产生应力集中,局部应力大,需严格控制该位置施工质量;
  2)体外索张拉力吨位较小,不能充分发挥体外索强度高的优点,对锚具及夹片的要求很高;
  3)预应力筋和桥梁结构自身的变形不同步,易造成预应力损失。
  如何在以后的施工和设计中发挥体外预应力加固方法的优点、克服其缺点,找到其最佳结合点是今后一个重要研究方向。
  4 结语
  总之,体外预应力加固技术不但能提高旧桥抗弯、抗剪承载能力,还可以节省钢筋,减少管道摩阻损失,具有其他结构形式所无法比拟的优点。随着相关理论的不断完善、技术体系的发展,体外预应力技术将有更大的发展前景。
  参考文献:
  [1]熊学玉、王寿生.体外预应力梁振动特性的分析与研究[J].地震工程与工程振动.2005(02).
  [2]康叶铭、陈国刚、高立明.体外预应力连续梁的等效荷载计算[J].山西建筑.2006(02).

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