孫全勝 高志洋

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的概念及方法產(chǎn)生于法國(guó)，由Eugene Freyssinet完成了體外預(yù)應(yīng)力的首次應(yīng)用[1]。體外預(yù)應(yīng)力鋼束加固屬于主動(dòng)加固的一種[2]，依靠后加預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)施加反向力矩等[3]，進(jìn)而抵消部分自重或外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，不僅可以改善原結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，還能提高橋梁使用性能。體外預(yù)應(yīng)力具有自重輕、施工工期短、預(yù)應(yīng)力筋維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)[4,5]，使其在工程結(jié)構(gòu)加固與改造中得到廣泛應(yīng)用[6]。

1 工程概況

1.1 橋梁概況

本研究橋梁為某連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋左幅橋，橋梁全長(zhǎng)549.8 m，主橋全寬24.6 m,跨徑布置為75 m+3×130 m+75 m，橫向布置為：0.5 m(欄桿)+11.0 m(行車道)+0.5 m(欄桿),如圖1所示。上部采用5跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)箱梁橋，主梁用單箱單室箱梁。下部結(jié)構(gòu)為雙薄壁墩、肋板式橋臺(tái)，天然擴(kuò)大基礎(chǔ)[7]。

1.2 主要病害

箱梁腹板斜裂縫共計(jì)58條，總長(zhǎng)度共計(jì)8 662 cm，箱梁頂板縱向裂縫共約9條，總長(zhǎng)度約為1 100 cm。裂縫明顯可知是由于主拉應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致。橋梁跨中下?lián)希畲筇庍_(dá)6 cm。

2 有限元模擬及計(jì)算分析

根據(jù)施工、設(shè)計(jì)雙方所確定的工序、基本參數(shù)[8]，利用空間有限元程序建立有限元模型[9]。各主要參數(shù)按如下采用:

1)恒載：橋面鋪裝采用65 kN/m；

2)自重：結(jié)構(gòu)尺寸按圖紙確定，容重取25 kN/m3；

3)汽車活載：汽車荷載采用公路Ⅰ級(jí)進(jìn)行計(jì)算分析;

4)預(yù)應(yīng)力:預(yù)應(yīng)力鋼筋遵從設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行張拉力、摩阻系數(shù)等參數(shù)取值;

5)計(jì)算模型如圖2所示。

2.1 加固方案

1)體外預(yù)應(yīng)力加固。

邊跨采用預(yù)應(yīng)力鋼束，張拉控制應(yīng)力為930 MPa，為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的50%。配套采用體外預(yù)應(yīng)力錨具，便于橋梁的維護(hù)。

體外束布置圖如圖3，圖4所示。

2)腹板加固。

將鋼板條粘貼在腹板兩側(cè)進(jìn)行加固[10]，斜截面采用加固補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)于主梁出現(xiàn)斜裂縫較嚴(yán)重部位，宜先進(jìn)行灌縫處理。

3)底板加固。

先將底板混凝土鑿除，下方用鋼板封堵，鋼板與底板用錨固螺栓連接。對(duì)于主跨其他裂縫，宜先進(jìn)行灌縫處理。

2.2 加固前后理論驗(yàn)算

2.2.1主梁正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算

主梁正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 加固前后各截面正應(yīng)力變化表

由表1可知，加固后，主梁截面壓應(yīng)力都有明顯提高，上緣壓應(yīng)力最大提高3.55 MPa，下緣壓應(yīng)力最大提高值分別為2.54 MPa，3.11 MPa，3.85 MPa，綜上，體外預(yù)應(yīng)力鋼束加固可改良主梁受力情況，提升主梁的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，效果顯著。

2.2.2主梁斜截面主壓及主拉應(yīng)力驗(yàn)算

斜截面主壓及主拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 加固前后各斜截面應(yīng)力變化表

由表2可知，加固后各截面主壓應(yīng)力均增大，增大最大值為3.10 MPa，最大主拉應(yīng)力均有降低，降低最大處值為2.31 MPa，加固后主梁的主拉應(yīng)力最大值為1.08 MPa，說(shuō)明體外預(yù)應(yīng)力加固后主梁斜截面的受力狀況明顯改善，符合設(shè)計(jì)要求。

2.2.3加固前后主梁撓度驗(yàn)算

主梁各截面撓度值見(jiàn)表3。由表3可知，加固后主梁整體剛度提高，各控制截面的撓度均有改善，改變最大處為各跨的跨中撓度相對(duì)上拱值依次為9.52 mm,19.24 mm,16.56 mm。

表3 主梁撓度變化表 mm

3 結(jié)論

1)以上驗(yàn)算結(jié)果表明，該橋加固實(shí)測(cè)效應(yīng)和理論計(jì)算值較為吻合[7]，且變化值在合理范圍內(nèi)，符合加固設(shè)計(jì)以及規(guī)范的要求，主梁受力情況始終處于安全可控狀態(tài)。

2)由體外預(yù)應(yīng)力鋼束加固受力分析可知，體外預(yù)應(yīng)力鋼束加固不僅提高了主梁正截面上、下緣壓應(yīng)力、斜截面主壓、主拉應(yīng)力儲(chǔ)備，也提高了結(jié)構(gòu)的剛度，改善了結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。同時(shí)對(duì)剛構(gòu)橋繼續(xù)下?lián)掀鸬搅艘欢ǖ囊种谱饔?。由此可知該橋采用體外預(yù)應(yīng)力加固是積極有效的加固方法[11]，也為以后相似的工程提供了借鑒作用。