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        預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)研究

        2017-11-30 07:53:36張昊男陳英昊何磊徐岳
        關(guān)鍵詞:橋梁混凝土結(jié)構(gòu)

        張昊男,陳英昊,何磊,徐岳

        (長安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安710064)

        預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)研究

        張昊男,陳英昊,何磊,徐岳

        (長安大學(xué)公路學(xué)院,陜西西安710064)

        目前體外預(yù)應(yīng)力法加固裝配式預(yù)應(yīng)力簡支T梁橋,主要受限于設(shè)計(jì)理念、轉(zhuǎn)向裝置、錨固系統(tǒng)還未達(dá)到成熟應(yīng)用的水平.本文基于實(shí)例工程,研究了體外束布束方式對(duì)結(jié)構(gòu)性能的提升效果,對(duì)預(yù)應(yīng)力加固體系中的轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行了細(xì)部應(yīng)力分析,驗(yàn)證了所提出構(gòu)造的合理性,并通過實(shí)橋加固后靜載試驗(yàn)證明了體外預(yù)應(yīng)力加固法的效果.

        預(yù)應(yīng)力簡支T梁;橋梁加固;體外預(yù)應(yīng)力

        1 引言

        預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋具有結(jié)構(gòu)形式簡單、施工工藝成熟、可減小混凝土梁的主拉應(yīng)力和豎向剪力等優(yōu)勢[1],廣泛應(yīng)用于我國20~50m跨徑的橋梁中.

        預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋在長期使用過程中的損傷會(huì)不斷積累,影響橋梁的使用安全,故選用高效的加固方法對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋進(jìn)行加固修復(fù),并提升原橋承載能力具有重要意義.

        在眾多橋梁加固方法中,體外預(yù)應(yīng)力加固法作為主動(dòng)加固的代表方法,具有施工方便、節(jié)省材料且可有效提高橋梁承載力等特點(diǎn),在新時(shí)期橋梁建設(shè)及加固中發(fā)揮了重要作用.目前,國內(nèi)外眾多學(xué)者也對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固法進(jìn)行了研究,黃僑[2]等提出了一種實(shí)用的體外預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力計(jì)算公式;張繼文[3]對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固普通鋼筋混凝土簡支梁的作用機(jī)理進(jìn)行了分析;沈穎坤[4]對(duì)采用體外預(yù)應(yīng)力加固的框架梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化進(jìn)行了分析.

        對(duì)上述研究成果進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn),大部分研究都是對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固理論的分析,而對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)造方面的研究較少,且對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固梁的試驗(yàn)研究基本局限于普通鋼筋混凝土梁,故需對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固預(yù)應(yīng)力混凝土梁的相關(guān)構(gòu)造和計(jì)算分析進(jìn)行深化研究.

        本文基于安康漢江大橋維修加固工程,對(duì)體外預(yù)應(yīng)力法加固預(yù)應(yīng)力T梁進(jìn)行研究分析,并給出合理的構(gòu)造形式,以給同類橋梁的加固提供借鑒.

        2 工程概況及主要病害

        實(shí)橋工程為安康漢江大橋,設(shè)計(jì)荷載為:汽-13,拖-60.上部結(jié)構(gòu)為簡支T梁,每孔由4片長33m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁組成,梁寬2.20m,高1.70m.

        橋梁主要存在的問題為:橋梁運(yùn)營期間出現(xiàn)的主要病害為結(jié)構(gòu)滲水侵蝕,以及由滲水侵蝕引起的混凝土開裂、鋼筋外露、銹蝕以及部分鋼構(gòu)件外露等;

        3 體外預(yù)應(yīng)力加固構(gòu)造及細(xì)部分析

        體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可以減小施工對(duì)交通的影響,同時(shí)維修技術(shù)較為成熟,具有較好的加固效果.故對(duì)于安康漢江大橋,采用體外預(yù)應(yīng)力加固法對(duì)主梁進(jìn)行加固.

        3.1 體外預(yù)應(yīng)力加固構(gòu)造

        轉(zhuǎn)向裝置是預(yù)應(yīng)力混凝土T梁體外預(yù)應(yīng)力加固中最關(guān)鍵的構(gòu)造之一,起到改變預(yù)應(yīng)力筋方向,形成預(yù)應(yīng)力曲線配筋的作用[5],同時(shí)可以增強(qiáng)T梁的抗剪能力.轉(zhuǎn)向裝置處構(gòu)造復(fù)雜,應(yīng)力較為集中,故需要對(duì)轉(zhuǎn)向裝置的受力進(jìn)行細(xì)部分析.

        安康漢江大橋的體外預(yù)應(yīng)力鋼束分別由水平鋼束和斜鋼束組成,兩種鋼束分離,并在L/4處設(shè)轉(zhuǎn)向裝置.轉(zhuǎn)向裝置采用鋼材焊接而成,不與主梁形成連接關(guān)系,一片主梁布置4束斜鋼束、2束水平鋼束.

        3.2 轉(zhuǎn)向裝置細(xì)部受力分析

        3.2.1 模型建立

        根據(jù)轉(zhuǎn)向裝置細(xì)部構(gòu)造尺寸,采用Midas FEA建立轉(zhuǎn)向裝置實(shí)體模型.有限元模型三維視圖及斜束錨板如圖1及圖2所示:

        圖1 有限元模型三維視圖

        圖2 斜束錨板

        3.2.2 荷載工況

        計(jì)算時(shí)按下列兩種荷載工況考慮:

        工況1:跨中側(cè)端部固定,只在外側(cè)錨墊板處施加荷載,計(jì)算外側(cè)錨墊板的應(yīng)力.

        工況2:支點(diǎn)側(cè)側(cè)端部固定,只在跨中側(cè)錨墊板處施加荷載,計(jì)算跨中側(cè)錨墊板的應(yīng)力.

        3.3 計(jì)算結(jié)果及分析

        在荷載工況1及工況2下,轉(zhuǎn)向裝置單元的主拉應(yīng)力都保持在較低的水平,而角隅處應(yīng)力集中較明顯,荷載工況1作用下最大拉應(yīng)力為185Mpa,荷載工況2作用下最大拉應(yīng)力為193Mpa,均小于Q345鋼材軸向容許應(yīng)力.故在工況1及工況2作用下,轉(zhuǎn)向塊是安全的.

        4 加固方案計(jì)算與驗(yàn)算

        4.1 體外預(yù)應(yīng)力加固計(jì)算

        4.1.1 結(jié)構(gòu)建模

        根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式,采用結(jié)構(gòu)分析有限元通用程序Midas Civil進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)的建模與分析.結(jié)構(gòu)離散模型如圖3所示.

        圖3 結(jié)構(gòu)有限元模型

        4.1.2 原橋承載能力計(jì)算

        根據(jù)有限元模型計(jì)算結(jié)果,分別采用汽-15和公路II級(jí)車道荷載,對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行荷載效應(yīng)組合.汽-15級(jí)作用下跨中最大彎矩為4574.1kN·m,公路II級(jí)作用下跨中最大彎矩為6114.7kN·m.

        利用Midascivil進(jìn)行截面抗力估算,跨中正截面抗力值為5056.56kN·m,則:

        4574.1 kN·m<5056.56kN·m<6114.68kN·m故該橋上部結(jié)構(gòu)滿足汽-15級(jí)荷載,但不滿足公路Ⅱ級(jí)荷載,需對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁進(jìn)行加固,使其承載力提高,滿足公路Ⅱ級(jí)荷載的需要,同時(shí)滿足抗裂性等要求.

        4.1.3 體外預(yù)應(yīng)力鋼束面積估算

        估算體外預(yù)應(yīng)力鋼束面積時(shí),應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力損失及松弛.加固所需預(yù)應(yīng)力鋼絞線的根數(shù)為:

        故體外預(yù)應(yīng)力筋的布置采用兩束4φj15.2鋼絞線,鋼絞線面積為140×2×4=1120mm2.

        4.1.4 加固效率計(jì)算

        公路Ⅱ級(jí)荷載作用下基本組合效應(yīng)值比汽-15作用下增加33.6%;加固前原梁承載力為5056.56kN,加固后用Midas Civil計(jì)算得截面承載力為7575.42kN,承載力增加幅度為49.81%.

        利用Midas Civil對(duì)結(jié)構(gòu)加固后的承載能力、抗裂性、以及應(yīng)力和變形進(jìn)行了驗(yàn)算,均滿足要求.

        4.2 橋梁靜載試驗(yàn)

        加固完畢后,采用4輛32噸重的載重汽車在橋梁第4跨進(jìn)行靜載試驗(yàn).

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1與表2.根據(jù)表1和表2可知:

        在試驗(yàn)荷載作用下,各測點(diǎn)的實(shí)測應(yīng)變及撓度均小于理論計(jì)算值,應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1,說明結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及剛度均滿足要求;

        因此,通過體外預(yù)應(yīng)力加固后,安康漢江大橋滿足公路Ⅱ級(jí)要求,承載能力得到顯著提高.

        5 結(jié)論

        5.1 采用體外預(yù)應(yīng)力法加固預(yù)應(yīng)力簡支T梁橋,具有施工技術(shù)成熟、交通影響小等優(yōu)勢,可以較好地提升結(jié)構(gòu)的承載能力;

        表1 靜載試驗(yàn)實(shí)測應(yīng)變與理論值比較

        表2 靜載試驗(yàn)實(shí)測撓度與理論值比較

        5.2 將預(yù)應(yīng)力束中的水平鋼束和斜鋼束分離并分別張拉錨固,并對(duì)轉(zhuǎn)向裝置進(jìn)行細(xì)部分析,說明這種構(gòu)造可以應(yīng)用于實(shí)際工程中,并且具有受力明確,張拉便捷等優(yōu)勢;

        5.3 根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果,安康漢江大橋經(jīng)過體外預(yù)應(yīng)力法加固后,承載能力得到了提高,并具有一定的安全儲(chǔ)備,可為今后類似橋梁的加固提供借鑒.

        〔1〕許康曦.預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋預(yù)應(yīng)力損失檢測技術(shù)研究[D].重慶交通大學(xué),2016.

        〔2〕黃僑,榮學(xué)亮,楊明.橋梁體外預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力計(jì)算方法[J].中國公路學(xué)報(bào),2010,23(6):78-84.

        〔3〕張繼文,呂志濤.預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土簡支梁的受力性能與分析計(jì)算[J].建筑結(jié)構(gòu),1995(9):18-23.

        〔4〕沈穎坤,孫寶俊,李延和.體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[J].江蘇建筑,2003(2):4-8.

        〔5〕戴亞軍,李傳習(xí),曾永革.體外預(yù)應(yīng)力T梁轉(zhuǎn)向塊合理構(gòu)造形式與配筋[J].公路與汽運(yùn),2007(1):104-107.

        〔6〕袁用道,祁廣周,曹青山.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)技術(shù)研究[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010(01).

        〔7〕張志新.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋底板崩裂成因及處理方案[J].河北科技師范學(xué)院學(xué)報(bào),2010(02).

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        1673-260X(2017)11-0129-02

        2017-09-20

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