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1、华中科技大学研究生课程考试答题本考生姓名张威考生学号M200973125系、年级桥梁与隧道工程类别硕士考试科目现代预应力混凝土考试日期2010年10月8日评分题号得分题号得分总分：评卷人：注：1、无评卷人签名试卷无效。2、必须用钢笔或圆珠笔阅卷，使用红色。用铅笔阅卷无效。题号回答内容得分体外预应力技术在某桥梁加固中的应用分析M200973125张威土木道桥系摘 要:结合某实际曲线梁桥结构,采用体外预应力方法进行加固,并对该方法进行介绍,阐述作为主动加固的体外预应力加固技术的优点,并对体外预应力加固设计中需要特别注意的极限应
2、力合理取值、预应力损失及张拉控制应力进行探讨。利用有限元程序MIDAS/Civil建立该曲线梁桥整体计算模型,对采用体外预应力技术加固的曲线梁桥进行了应力和抗裂验算,通过与加固前各项指标的比较分析,得出加固方案的合理性。关键词:曲线梁;体外预应力;无粘结;极限应力;张拉控制应力预应力技术从工程实际应用到现在才半个世纪多，但是由于预应力混凝土具有结构安全可靠、节约材料、自重较小、构件的抗裂性好、刚度大等优点，得以迅速发展，应用范围越来越广泛，应用数量日益增多。预应力技术应用于公路桥梁是在20世纪50年代中期，迄今已有40多年
3、了。虽然起步较晚，但发展却异常迅速，从理论计算、施工工艺和技术、材料和设备、试验检测、设计和施工队伍等已形成一套较完整的体系。预应力技术不仅用于公路桥梁结构，而且也运用到桥梁的维修和加固、大件提升、顶推施工、边坡或山体锚固等方面，其应用范围还在不断扩大应用前景会与日俱增。随着国民经济和交通建设的蓬勃发展,公路运输量大幅度提高,行车密度及车辆载重不断增加,而桥梁作为公路的咽喉,其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通,其正常营运是确保交通安全的关键。然而桥梁结构由于自身存在使用周期内的自然老化、各种意想不到的自然灾害,设计过程
4、中的历史局限或是施工过程中的初始缺陷,造成现有桥梁中的相当一部分满足不了使用上的要求。实践经验证明,只要采用合理可靠的桥梁加固措施,对恢复和提高桥梁的承载能力及通行能力,延长其使用寿命,是非常合理和可行的。一般情况下,桥梁的加固费用仅为新建桥梁费用的10%～20%,因此,如何充分利用现有桥梁,对其进行有效的技术改造,具有重大的经济价值和社会意义。1 工程背景某立交匝道全长98m,桥面宽度8m。全桥位于平曲线上,最小半径为55m,墩、台布置均与道路中心线正交。竖向位于半径为10511526m的竖曲线上,且沿桩号方向上设置31
5、6%和-414%的纵坡。匝道桥上部结构采用(30+38+30)m三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥,PF1桥墩墩顶与主梁固结,PF2桥墩墩顶设支座。如图1、图2所示。该立交匝道工程在上部结构混凝土浇筑完成拆模后,即发现如下主要病害:(1)桥梁顶板、腹板多处出现严重的蜂窝孔洞,钢筋外露现象严重;图1匝道立面图（单位：cm）图2匝道平面图（单位：cm）(1)预应力管道定位与设计不符,波纹管破损严重,箱梁内侧的波纹管已经完全损坏,不能穿预应力钢束,预应力管道线形与原设计偏差较大,造成部分预应力筋失效。2 加固方案设计2.1 加固方
6、法的确定加固方法从原理上可分为被动加固和主动加固两类。被动加固的后加补强材料只承担活载和后增加恒载引起的内力,与原梁的钢筋相比,其应变(应力)相对滞后,一般情况下,在极限状态下其应力达不到抗拉强度设计值,材料无法充分发挥高抗拉性能。解决后加补强材料应变(应力)滞后,提高后补强材料利用效率的根本途径就是变被动加固为主动加固。主动加固设计思想的核心就是提高后补强材料的利用效率,以最少的成本,创造最佳的加固效果[2]。而体外预应力加固则属于主动加固范畴。体外预应力加固通常采用粗钢筋、钢绞线、高强钢丝等材料作为施力工具,在体外对桥
7、梁上部结构施加预应力,以预应力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力,改变结构内力分布,提高结构的刚度及抗裂性能。体外预应力技术在实际工程中已有广泛应用,如上饶灵溪大桥加固设计、三门峡黄河大桥加固设计、芜湖市中江桥等。体外预应力加固技术的主要优点:(1)能充分发挥体外预应力钢筋的的性能,较大幅度提高桥梁的承载能力;(2)在体外预加力作用下,原梁的裂缝将全部或部分闭合,明显改善原梁的抗裂性能,提高结构的耐久性;(3)体外预应力加固可在不中断交通的条件下进行,对桥梁的运营影响不大;(4)体外预应力加固所需设备简单、施工工期短、经
8、济效益显著。根据本桥的具体病害情况,考虑体外预应力加固法的适用范围及优势,决定拆除内侧波纹管并对结构缺陷进行修补,除对薄弱构件进行补强外,对箱梁主体主要采用体外预应力技术进行加固。2.2 具体加固方案的设计2.2.1 体外预应力筋的布置根据A类构件正常使用极限状态抗裂要求,经计算本加固结构采用6束21φ
