武建中(廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州510507)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋以其跨越能力和結(jié)構(gòu)剛度大、動(dòng)力性能好、結(jié)構(gòu)簡單、工程造價(jià)低、便于配束等特點(diǎn)，加上懸臂施工法的廣泛采用而得到了迅速發(fā)展。然而隨著已建橋梁數(shù)量的增加及運(yùn)營時(shí)間的增長，工程病害也隨之而來。近20年來，部分大跨徑PC 連續(xù)箱梁橋在運(yùn)營階段，受各種因素影響出現(xiàn)了一些病害，其中最典型的是主梁跨中下?lián)虾土后w開裂。許多成橋?qū)嵗@示梁體下?lián)吓c裂縫開展往往是伴隨產(chǎn)生的，是互相影響、互相促進(jìn)的關(guān)系，腹板裂縫越多，剛度越小，跨中下?lián)暇驮絿?yán)重；反之，跨中下?lián)显酱?，開裂也越嚴(yán)重。

目前對此類病害橋梁，為保證結(jié)構(gòu)和行車安全，提高結(jié)構(gòu)耐久性，通常需對舊橋進(jìn)行維修加固，常見措施有施加預(yù)應(yīng)力、粘貼碳纖維布、粘貼鋼板、裂縫及缺陷修補(bǔ)、橋面系減載、限制超載車輛等措施。

但針對橋梁結(jié)構(gòu)病害采取的維修加固措施，需充分考慮其對交通運(yùn)營影響和社會(huì)影響，考慮工程造價(jià)、老橋結(jié)構(gòu)尺寸和受力性能等因素，往往最有效、最合理的加固方案不能完全實(shí)施，施工工序不能完全遵循結(jié)構(gòu)受力的原則?；谏鲜鲈?，本文以廣東省某高速公路(68+2x110+75+55)mPC 連續(xù)箱梁橋?yàn)槔?，在新建橋梁階段，預(yù)估后期可能產(chǎn)生的病害，預(yù)先設(shè)置一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力備用束，根據(jù)運(yùn)營階段定期監(jiān)測結(jié)果，適時(shí)施加。此法由于事先做好預(yù)留，造價(jià)低，實(shí)施后與橋梁合理受力吻合較好，實(shí)施預(yù)留方案對老橋基本無損傷，設(shè)計(jì)和施工周期短，施工方便，對道路運(yùn)營影響較小。

1 工程概況

本橋?yàn)?68+2x110+75+55)mPC 連續(xù)箱梁，梁高和底板厚度均按1.8 次拋物線設(shè)計(jì)，單箱單室斷面，110m 跨梁高從跨中3.0m 變化到主墩根部的6.5m；底板寬9.0m，頂板寬16.25m；箱梁兩側(cè)懸臂為2x3.625m，懸臂板根部厚度為80cm；110m 跨箱梁底板厚度從28cm 變化到根部90cm； 腹 板 厚 度 采 用55cm、65cm、80cm三種厚度。箱梁典型斷面見圖1。

圖1 主橋110 跨支點(diǎn)及跨中橫斷面

2 預(yù)估運(yùn)營階段可能產(chǎn)生的受力變化

由于影響PC 連續(xù)箱梁后期產(chǎn)生病害的因素很多，本文重點(diǎn)從預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮徐變兩個(gè)方面進(jìn)行探討。

2.1 運(yùn)營階段預(yù)應(yīng)力損失引起的應(yīng)力、撓度變化

假設(shè)本橋在運(yùn)營階段受各種不利因素影響，結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)了損失，以下分別取預(yù)應(yīng)力損失10%、20%、30%對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試算，分析其對結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力的影響情況，詳見表1、表2。

表1 損失10%、20%、30%后各跨下?lián)显隽恐祵Ρ缺?/p>

從表2、表3 中可看出，預(yù)應(yīng)力損失對結(jié)構(gòu)受力和變形影響較大，影響 最 大 位 置 為1#～2#，2#～3#，即 兩個(gè)主跨2x110m 跨中，其次為主跨的3 個(gè)橋墩；對75m 次邊跨和邊跨，預(yù)應(yīng)力損失30%后，其應(yīng)力情況仍較好，暫不考慮設(shè)置預(yù)應(yīng)力備用束。

表2 損失10%、20%、30%后各墩頂、跨中短期組合正應(yīng)力對比表

2.2 運(yùn)營階段收縮徐變差異引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、撓度變化

目前混凝土收縮徐變的計(jì)算理論和方法本身存在偏差，且影響混凝土收縮徐變的因素多，隨機(jī)性大，往往實(shí)際的混凝土收縮徐變與設(shè)計(jì)值存在較大偏差。以下假設(shè)混凝土收縮徐變比規(guī)范取值增大20%進(jìn)行試算，110m 跨跨中撓度增大19.4mm，支點(diǎn)上緣、跨中下緣壓應(yīng)力減小約0.3MPa。詳見表3。

3 備用束的設(shè)置

3.1 體內(nèi)束與體外束的選型

大跨徑連續(xù)箱梁的備用束，可考慮體內(nèi)束、體外束、或體內(nèi)束和體外束相結(jié)合的方式，主要考慮以下兩個(gè)因素：

表3 收縮徐變增大20%后各跨下?lián)显隽恐到y(tǒng)計(jì)表

(1)大跨徑連續(xù)箱梁箱形截面尺寸通常受鋼束管道布置要求限制，且腹板、頂?shù)装邃撌艿啦贾妹芗?，部分頂?shù)装迨贾闷x腹板較遠(yuǎn)，從受力合理及施工質(zhì)量來考慮，不宜增加更多的體內(nèi)束。

(2)對大跨徑連續(xù)箱梁，備用束為運(yùn)營階段的預(yù)留措施，之前維持結(jié)構(gòu)受力的鋼束一般均為體內(nèi)束。這種情況既使日后結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂和跨中下?lián)希瑢Y(jié)構(gòu)的極限承載能力影響不大，不會(huì)發(fā)生純體外束結(jié)構(gòu)因延性不足而發(fā)生沒有預(yù)警的破壞失效。

因此，預(yù)應(yīng)力備用束從布置空間、受力合理、實(shí)施方便等因素考慮，應(yīng)以體外預(yù)應(yīng)力束為主。

3.2 備用束的布置方案

本橋備用束采用fpk＝1860MPa 的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，計(jì)算按假設(shè)主梁預(yù)應(yīng)力損失20%后進(jìn)行。根據(jù)具體尺寸及受力性能，采用以下幾種備用束方案。

方案1：在110m 跨布置底板體內(nèi)束，共3 對，每對均為2 束15.2-19 的鋼絞線，鋼束長度分別為44m、58.4m、65.6m，兩端張拉，張拉控制應(yīng)力為0.75fpk ＝1395MPa。

方案2：在110m 跨布置底板體外束，共3 對，每對鋼束長度分別為44m、58.4m、65.6m，兩端張拉，張拉控制應(yīng)力為0.7fpk ＝1302MPa。

方案3：在2x110m 3 個(gè)主墩墩頂布置墩頂體外束，每個(gè)墩頂均布置3 對6 束15.2-19 鋼絞線，鋼束長度分別為：跨中、墩頂體外束布置，為方案二與方案三的組合。

方案5：跨中、墩頂折線體外束布置，在主跨外側(cè)進(jìn)行錨固張拉，其布置如圖2：

圖2 跨中、墩頂折線體外布束立面示意(方案五)

3.3 5 種備用束方案綜合比較

通過上述5 種布束方案的計(jì)算分析，其對改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)均有明顯作用。以下以1#墩、1#～2# 跨 中、2# 墩、2#～3# 跨 中、3# 墩 共5 個(gè)典型位置進(jìn)行綜合比較，分析其改善結(jié)構(gòu)受力性能的效果及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

表4 5 種布束方案對墩頂、跨中產(chǎn)生的壓應(yīng)力增量對比表

表5 5 種布束方案改善跨中下?lián)献冃卧隽繉Ρ缺?/p>

表6 5 種布束方案改善墩頂、跨中的抗彎承載力儲備對比表

綜上得到以下5 點(diǎn)：

1)上述5 種配束方案對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效應(yīng)，均與自重產(chǎn)生的效應(yīng)反號；

2)對大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，由于一般為全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，采用相同布束的體外、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力備用束，其對改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形及承載能力的效果差異不是很大，一般體外束小5%～20%左右。

3)跨中底板備用束方案，對改善跨中下緣應(yīng)力較為有利，對改善墩頂上緣應(yīng)力效果不明顯，一般在0.5MPa 以內(nèi)。但墩頂頂板備用束在改善墩頂應(yīng)力的同時(shí)，對改善跨中下緣的應(yīng)力效果也較為明顯，約0.9MPa。

4)采用跨中、墩頂組合配束和跨中、墩頂折線配束受力模式較為接近?？缰?、墩頂組合配束其材料用量稍大，但分段布設(shè)，轉(zhuǎn)向塊、錨固塊易于布設(shè)，預(yù)應(yīng)力損失小，對改善結(jié)構(gòu)受力性能最好；跨中、墩頂折線配束由于束太長，預(yù)應(yīng)力損失大，對改善結(jié)構(gòu)受力性能要相差20%左右，但其可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗剪能力。

5)上述5 種配束方案，跨中、墩頂組合體外束最好，跨中、墩頂折線體外束次之，墩頂頂板束再次之，跨中底板束效果最差。但對改善跨中下?lián)闲Ч幻黠@，其可能與鋼束的有效應(yīng)力、理論計(jì)算與實(shí)際的偏差等因素相關(guān)。

4 備用束施加時(shí)機(jī)分析

預(yù)應(yīng)力備用束的施加時(shí)機(jī)，對改善結(jié)構(gòu)受力和變形是至關(guān)重要的。橋梁施工階段應(yīng)在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置如跨中下緣、墩頂上緣位置，預(yù)埋相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備組成一個(gè)微型的監(jiān)測系統(tǒng)。在運(yùn)營階段，需定期監(jiān)測混凝土應(yīng)力情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)力、位移已開始偏離設(shè)計(jì)期望，在混凝土準(zhǔn)備出現(xiàn)拉應(yīng)力之前或剛剛出現(xiàn)拉應(yīng)力，此時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)并未開裂，應(yīng)及時(shí)施加備用束。否則一旦開裂，截面剛度下降，內(nèi)力發(fā)生重分配，加劇跨中下?lián)虾烷_裂速率，嚴(yán)重降低全橋的承載能力。如在此種狀態(tài)下再施加預(yù)應(yīng)力備用束，則比開裂前施加的效果差很多，所需要的預(yù)應(yīng)力束也要多很多，而跨中的過大下?lián)弦埠茈y通過預(yù)應(yīng)力束的施加來完全恢復(fù)。

5 結(jié)語

綜上所述，橋梁備用束應(yīng)結(jié)合各橋的跨徑組合、施工方法和實(shí)際的受力狀態(tài)，綜合考慮收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失等可能產(chǎn)生病害的因素，根據(jù)上述結(jié)論選擇適合本橋的備用束布置型式，并應(yīng)根據(jù)運(yùn)營階段定期監(jiān)測結(jié)果，在混凝土開裂前施加。

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