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        預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的體外預(yù)應(yīng)力加固研究

        2022-08-05 03:06:46賽志毅段美棟馬銀強(qiáng)
        山東交通科技 2022年3期
        關(guān)鍵詞:箱梁橋梁

        賽志毅,段美棟,李 才,馬銀強(qiáng)

        (1.山東高速股份有限公司,山東 濟(jì)南 250014;2.山東省交通科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250031)

        引言

        預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋具有變形小、行車舒適性高自重較小等優(yōu)點(diǎn)[1-2],在我國(guó)公路橋梁中廣泛應(yīng)用。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,自身劣化、車輛超載、環(huán)境腐蝕等因素影響,許多既有橋梁底板、腹板等部位出現(xiàn)裂縫等影響承載力的病害,裂縫的存在會(huì)削弱梁體剛度和強(qiáng)度[1-3]。為滿足現(xiàn)行荷載的要求,需對(duì)橋梁進(jìn)行加固。目前橋梁加固的主要方法[4-5]:(1)增大截面法;(2)黏貼鋼板法;(3)黏貼碳纖維法;(4)體外預(yù)應(yīng)力加固法。

        體外預(yù)應(yīng)力加固指通過(guò)施加體外預(yù)應(yīng)力,使原結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的受力得到改善或調(diào)整的方法[6-8]。體外預(yù)應(yīng)力加固方法具有自重輕、施工方便、工期短、預(yù)應(yīng)力筋替換維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),在橋梁加固中被廣泛運(yùn)用[9-12]。如何確定體外預(yù)應(yīng)力的預(yù)加應(yīng)力值是體外預(yù)應(yīng)力加固法的難點(diǎn)[1]。學(xué)者雖然總結(jié)了預(yù)加應(yīng)力值的計(jì)算方法和原則,但目前計(jì)算方法并不統(tǒng)一,加固后的檢測(cè)評(píng)估也無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

        1 工程概況

        濟(jì)南黃河三橋上部結(jié)構(gòu)采用等高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,跨徑組合為9×30 m+8×30 m+8×30 m+3 m+4×45 m+6×45 m,橋梁全寬19.55 m,主梁采用單箱雙室截面,箱梁混凝土為C50,梁高1.8 m,箱梁頂板寬度19.55 m,底板寬度10.77 m。箱梁采用縱、橫兩向預(yù)應(yīng)力體系,單根鋼絞線直徑為15.2 mm,設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路-Ⅰ級(jí)。主要病害為第二聯(lián)8×30 m 箱梁外裂縫較多,裂縫形式有腹板豎縫、底板橫縫、底板縱縫、L 形裂縫,分布在跨中附近,縫寬0.05~0.15 mm。采用15-15 型體外預(yù)應(yīng)力鋼束加固,體外預(yù)應(yīng)力鋼束由15 根15.24 單絲環(huán)氧涂覆型無(wú)黏結(jié)鋼絞線組成,標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1 860 MPa,每跨設(shè)置4束。

        體外預(yù)應(yīng)力束張拉控制值計(jì)算原則,通過(guò)理論計(jì)算使結(jié)構(gòu)由體外預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反拱值等于或大于活載撓度增大值(靜載試驗(yàn)實(shí)測(cè)值與理論值之差)。該橋第二聯(lián)第1#~8#跨設(shè)計(jì)體外預(yù)應(yīng)力張拉控制值見(jiàn)表1[1]。

        表1 體外預(yù)應(yīng)力張拉控制值

        2 加固前后荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

        加固前后對(duì)該橋第二聯(lián)1#~8#跨進(jìn)行了荷載試驗(yàn),測(cè)試在設(shè)計(jì)荷載作用下1#~8#跨跨中附近控制截面撓度和應(yīng)變,加載效率為0.96~0.99,符合《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》(JTG/T J21-01—2015)(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)要求,1#~8#跨加載效率見(jiàn)表2。

        表2 加載效率

        撓度測(cè)點(diǎn)和應(yīng)變測(cè)點(diǎn)均布置在控制截面底板,每截面3 個(gè)撓度測(cè)點(diǎn),5 個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn),撓度測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1,應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。

        圖1 撓度測(cè)點(diǎn)布置

        圖2 應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

        2.1 撓度分析

        加固前后撓度校驗(yàn)系數(shù)見(jiàn)表3,給出的校驗(yàn)系數(shù)為3 個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值。由表3 可知,4#、5#、7#跨加固前撓度校驗(yàn)系數(shù)均>1.0,超過(guò)了《規(guī)程》限值,與加固設(shè)計(jì)中這3 跨的張拉控制應(yīng)力較大對(duì)應(yīng)。加固后除8#跨外其余各跨撓度校驗(yàn)系數(shù)均有所減小,說(shuō)明橋梁剛度有所提升。加固后撓度校驗(yàn)系數(shù)均<1,滿足《規(guī)程》要求,說(shuō)明橋梁剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

        表3 加固前后撓度校驗(yàn)系數(shù)

        2.2 應(yīng)變分析

        加固前后應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)見(jiàn)表4,給出了校驗(yàn)系數(shù)為5 個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值。

        表4 加固前后應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)

        加固后各跨應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均有所減小,但2#、4#、5#、6#、7#跨校驗(yàn)系數(shù)仍然>0.9,不滿足《規(guī)程》要求,說(shuō)明橋梁強(qiáng)度不滿足要求。

        通過(guò)撓度和應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)分析可知,加固后撓度檢驗(yàn)系數(shù)滿足《規(guī)程》要求,但應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)不滿足《規(guī)程》要求,說(shuō)明加固后橋梁承載力仍不滿足設(shè)計(jì)荷載要求。荷載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明體外預(yù)應(yīng)力提高了橋梁剛度和強(qiáng)度,但強(qiáng)度提高量不足,橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固方式有待改進(jìn)。

        3 加固后有限元模型分析及總結(jié)

        根據(jù)設(shè)計(jì)資料建立利用Midas Civil 建立有限元模型,見(jiàn)圖3。

        圖3 Midas Civil 模型

        計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力引起的跨中反拱值和箱梁下緣的壓應(yīng)力,將體外預(yù)應(yīng)力反拱值與加固前撓度實(shí)測(cè)值與理論值之差比較,見(jiàn)表5。

        表5 體外預(yù)應(yīng)力反拱值/mm

        由表5 可知,除4#和6#跨外其余跨反拱值均大于加固前實(shí)測(cè)值與理論值之差,但4#和6#跨的反拱值與差值非常接近,體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)基本滿足加固原則。

        將體外預(yù)應(yīng)力引起的箱梁下緣應(yīng)力與加固前荷載試驗(yàn)應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值的0.9 倍之差進(jìn)行比較,見(jiàn)表6。

        表6 預(yù)壓應(yīng)力對(duì)比分析/MPa

        由表6 可知,在當(dāng)前的體外預(yù)應(yīng)力加固方式作用下,2#、5#、6#、7#跨理論預(yù)壓應(yīng)力均小于實(shí)測(cè)值與理論值之差,而2#、5#、6#、7#跨加固后實(shí)測(cè)的應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均>0.9,不滿足《規(guī)程》要求,理論分析結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相吻合。推斷加固后強(qiáng)度依然不足,與體外預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力不足有密切關(guān)系。

        綜上所述,總結(jié)出另一種體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)計(jì)算方法,即計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力筋對(duì)箱梁下緣的預(yù)壓應(yīng)力,使預(yù)壓應(yīng)力值大于或等于設(shè)計(jì)荷載作用下下緣應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值之差。同時(shí),預(yù)壓應(yīng)力值不宜過(guò)大,《規(guī)程》中應(yīng)變檢驗(yàn)系數(shù)宜為0.6~0.9,建議預(yù)壓應(yīng)力值滿足:

        式中:S實(shí)測(cè)—荷載試驗(yàn)時(shí)箱梁下緣應(yīng)力實(shí)測(cè)值;S理論—試驗(yàn)荷載作用下箱梁下緣應(yīng)力理論值;σ體外—體外預(yù)應(yīng)力筋作用下箱梁下緣預(yù)壓應(yīng)力。

        根據(jù)公式(1)計(jì)算該實(shí)際工程體外預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

        表7 體外預(yù)應(yīng)力預(yù)壓應(yīng)力/MPa

        由表7 可知,通過(guò)該方法計(jì)算的體外預(yù)應(yīng)力筋張拉控制值,較實(shí)際加固工程2#、5#、6#、7#跨所采用的張拉力有所提高,其余跨張拉力不變,經(jīng)有限元模型計(jì)算可知所有加固跨的體外預(yù)應(yīng)力引起的下緣壓應(yīng)力均滿足該方法的要求,具體加固效果還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

        4 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)實(shí)際工程預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋加固前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,指出當(dāng)前體外預(yù)應(yīng)力加固方法的不足,針對(duì)性地提出更為有效的體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

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