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        某變截面連續(xù)箱梁性能評(píng)估與養(yǎng)護(hù)實(shí)踐

        2021-10-25 03:36:14童浩
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2021年30期
        關(guān)鍵詞:抗剪腹板箱梁

        童浩

        (蘇寧滬高速公路股份有限公司,江蘇 南京 210049)

        1 橋梁現(xiàn)狀

        某 橋 主 橋 為 跨 徑44.3+70.0+44.3m的單箱單室變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。截面采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力的單箱單室截面,梁高、底板厚度、腹板厚度均以二次拋物線的線形從主墩處向跨中變化。其橫截面示意圖如圖1 所示。梁高由4.3m 變至2.1m、腹板厚度由0.6m 變至0.4m、底板厚度由0.45m 變至0.25m,大橋竣工通車多年后,檢查發(fā)現(xiàn)的主要病害如下:

        圖1 某大橋計(jì)算截面置示意

        1.1 主橋在1/4 跨至跨中處腹板斜裂縫數(shù)量較多;

        1.2 箱梁頂?shù)装宕嬖诳v向與橫向裂縫,縱向裂縫呈發(fā)展趨勢(shì);

        1.3 主橋跨中下?lián)?7mm。

        2 性能評(píng)估

        2.1 原設(shè)計(jì)驗(yàn)算

        采用MIDAS 建立了梁?jiǎn)卧P瓦M(jìn)行原設(shè)計(jì)驗(yàn)算,主梁離散為49 個(gè)單元,50 個(gè)節(jié)點(diǎn)。計(jì)算求得該橋原設(shè)計(jì)彎矩抗力值為彎矩效應(yīng)值的1.349~1.453 倍,滿足原設(shè)計(jì)荷載使用要求。主拉應(yīng)力、正應(yīng)力與最大撓度均小于規(guī)范限值要求,該橋抗剪承載力在L/4 處附近和3L/4 處附近不能滿足要求。主要控制截面驗(yàn)算結(jié)果如表1、和表2 所示。

        表1 截面應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果

        表2 斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)果

        2.2 現(xiàn)狀驗(yàn)算

        根據(jù)檢測(cè)報(bào)告結(jié)果,箱梁腹板斜裂縫分布較為集中而且數(shù)量較多,分布在跨中L/4~3L/4 范圍內(nèi)。分析其病害原因主要是由于該節(jié)段內(nèi)梁高較小、腹板厚度不足,當(dāng)豎向預(yù)應(yīng)力與縱向預(yù)應(yīng)力損失達(dá)到一定水平時(shí),有效預(yù)應(yīng)力減小,造成該區(qū)域內(nèi)的主拉應(yīng)力增大,加之舊橋縱向預(yù)應(yīng)力未設(shè)置腹板下彎束,將進(jìn)一步增大主拉應(yīng)力的存在。

        結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)裂縫產(chǎn)生的區(qū)域主要集中在L/4~3L/4 范圍內(nèi)的實(shí)際情況,該區(qū)域正的特點(diǎn)是梁高較小,腹板較薄而反力較大,該處主拉應(yīng)力易由豎向預(yù)應(yīng)力的損失而造成此處拉應(yīng)力較大。為分析豎向預(yù)應(yīng)力與縱向預(yù)應(yīng)力的損失情況與現(xiàn)場(chǎng)病害的關(guān)聯(lián)情況。本次考慮對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力與縱向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行定量折減,來(lái)對(duì)該橋進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析。本次按豎向預(yù)應(yīng)力不計(jì)入,縱向預(yù)應(yīng)力按0%、5%、10%、15%、20%五種損傷情況進(jìn)行模擬,五種損傷情況溫度梯度參照2018 新規(guī)范加溫度梯度考慮,將五種模擬結(jié)果與原設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比,其結(jié)果比較如表3。

        表3 考慮損失全橋關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)力變化

        與該橋?qū)嶋H情況對(duì)比分析得出,在損傷情況c的工況下,中跨跨中底板的拉應(yīng)力為2.3MPa,中跨L/4~3L/4的拉應(yīng)力2.9MPa,可認(rèn)為損傷情況c 符合該橋底板未出現(xiàn)橫向裂縫但存在腹板斜向裂縫的病害情況,而在損傷情況d的工況下,兩處的拉應(yīng)力分別為2.9MPa與3.7MPa,可認(rèn)為損傷情況d 符合該橋目前腹板斜向裂縫與底板橫向裂縫的分布情況,且維持在該損失水平,根據(jù)原設(shè)計(jì)驗(yàn)算與現(xiàn)狀驗(yàn)算結(jié)果,對(duì)該橋性能評(píng)估如下:

        (1)該橋原設(shè)計(jì)部分截面抗剪承載能力不足,安全系數(shù)<1。

        (2)根據(jù)工況模擬與病害對(duì)應(yīng)情況,該橋目前縱向預(yù)應(yīng)力損失約為15%。

        3 養(yǎng)護(hù)實(shí)踐

        根據(jù)病害及驗(yàn)算結(jié)果,該橋預(yù)應(yīng)力損失及腹板厚度較薄是病害產(chǎn)生的兩個(gè)主要原因,加固方案因考慮恢復(fù)預(yù)應(yīng)力損失同時(shí)增加腹板強(qiáng)度,限制已有的裂縫的發(fā)展,本次采用的加固方案為:考慮腹板存在開裂情況,在箱梁腹板內(nèi)采用12mm的鋼筋以30cm×30cm的梅花形布置植筋,澆筑20cm 厚C55 自密實(shí)自流平加固料來(lái)增加腹板強(qiáng)度;采用張拉體外束的方式,補(bǔ)充原橋所損失的預(yù)應(yīng)力以減小截面的應(yīng)力水平。單束規(guī)格采用12-фj15.2,一個(gè)斷面布置三束,預(yù)應(yīng)力鋼束與轉(zhuǎn)向器等構(gòu)造的摩阻系數(shù)μ=0.14,鋼絞線的強(qiáng)度為1860MPa,彈模為1.95×105MPa,錨固端張拉應(yīng)力為0.6fpk=1116Mpa。

        為分析該橋加固方式的有效性,加固后對(duì)該橋進(jìn)行相關(guān)荷載試驗(yàn),以不同工況作用下的實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論應(yīng)力的對(duì)比來(lái)驗(yàn)證加固效果,應(yīng)力對(duì)比結(jié)果如表4。

        表4 加固后截面應(yīng)力比對(duì)表

        由表中數(shù)據(jù)可以看出,應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)處于0.61~0.71 之間,滿足現(xiàn)行荷載試驗(yàn)規(guī)程要求,加固后的實(shí)測(cè)平均應(yīng)力最大值為1.86Mpa,對(duì)比2.2 節(jié)中現(xiàn)狀驗(yàn)算的結(jié)果,加固后橋梁的損傷情況可認(rèn)為由損傷情況d 恢復(fù)到損傷情況b。

        加固后主橋的撓度測(cè)試值與計(jì)算值對(duì)比如表5。

        表5 試驗(yàn)撓度測(cè)試值與計(jì)算值對(duì)比表

        由表5 中數(shù)據(jù)可以看出,加固后主橋撓度校驗(yàn)系數(shù)處于0.70~0.81 之間,相對(duì)殘余度處于3.70%~8.30%之間。表明該橋整體剛度較大,受力狀況良好。

        加固后斜截面抗剪承載力計(jì)算公式采用《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2015)規(guī)范驗(yàn)算公式,截面抗剪承載能力驗(yàn)算見表6。

        表6 加固后斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)果

        對(duì)比上表中結(jié)果可知,加固后各控制截面的抗剪承載能力提高了1.28~1.34 倍,表明腹板增大截面的加固方式能有效的提高該橋的抗剪承載能力。

        4 結(jié)論

        4.1 變截面連續(xù)箱梁其性能評(píng)估時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮豎向預(yù)應(yīng)力與縱向預(yù)應(yīng)力折減。

        4.2 本加固實(shí)例表面腹板增大截面技術(shù)可以有效的提高斜截面抗剪承載能力,體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可明顯改善橋梁應(yīng)力狀況,一定程度改善下?lián)犀F(xiàn)象,對(duì)變截面連續(xù)箱梁加固效果好,可為同類工程提供參考。

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