体外预应力在混凝土连续梁桥加固中的应用

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学兔兔www.xuetutu.com2010年第3期广东公路交通GuangDongGongLuJiaoTong总第112期文章编号：1671—7619(2010)03—0050—03体外预应力在混凝土连续梁桥加固中的应用杨日发(广东省高速公路有限公司河源分公司，广东河源517000)摘要：主动加固的体外预应力法正逐步应用于病害桥梁的处理中。以某大桥为例，介绍了体外预应力法在大跨度预应力混凝土连续箱梁桥加固中的应用，以供同类桥梁参考。关键词：预应力混凝土；连续梁；体外预应力；主动加固中图分类号：U445．72文献标识码：C0引言车辆引起的索体振动对体外索及结构的不利影随着我国交通事业的发展，越来越多的桥梁响，通常还设置减振系统。在运营多年后即出现诸如混凝土构件开裂等各种2体外预应力法加固病害，亟待维修加固处理。其中以混凝土梁桥较体外预应力法加固属主动加固，通过施加体为常见，病害也较为突出。针对其结构病害，目前外预应力以改变结构应力状态，提高构件承载力，常用的加固方法主要有增大截面法、粘贴钢板／纤改善梁体线形。该法仅适用于混凝土抗压强度较维法和体外预应力法，必要时也可通过改变结构高的结构，根据《公路桥梁加固设计规范》，其混凝体系来改善其受力状态。在上述几种方法中，体土强度等级不应低于C40。外预应力法因其技术水平较高，施工难度较大，一由于施加体外预应力将主动改变梁体原有般较少采用，但随着近年来大跨径桥梁的病害越的应力状态，预应力施加过大可能导致主梁受力来越突出，在全国范围内也出现了不少采用体外更为不利，而施加太小则达不到加固效果，需要预应力加固的成功范例，某高速公路一座四跨预根据结构现有应力状态合理地施加预应力，因而应力混凝土连续梁桥的加固即采用了该法。对结构受力状态的准确模拟显得尤为重要。在1体外预应力体系组成有条件的情况下，可通过针对性的结构现场荷载一般来说，体外预应力体系由体外预应力索、试验来推定构件刚度分布等主要结构参数，还可转向系统、锚固系统和防腐系统四部分组成。以根据主梁实测线形、梁体实际裂缝分布等来推体外预应力索(体外索)是体外预应力体系的定结构预应力损失的情况。但是上述推定均在主要传力构造，由体外预应力钢束及其外护套等一定的假设基础上，不能也无法完全反映结构的组成，也可采用热挤高密度聚乙烯(HDPE)钢绞线真实受力状态，因而在采用体外预应力法进行加或钢丝成品索。体外索通过转向系统完成折线索固设计时采用“包络设计”的思想是必要的也是的布置，通常采用混凝土结构，内设转向器，转向可行的。器又有整体式和分丝式之分。体外索通过锚固系从近年大跨径预应力混凝土连续结构呈现的统锚固于梁体，根据实际情况可采用混凝土结构病害来看，主要表现为顶板纵向开裂、腹板斜向开或钢锚箱，锚具有可调、不可调和可换、不可换之裂、施工缝开裂、合拢段开裂以及主梁下挠等，究分。防腐系统是整个体外预应力体系长期正常工其原因，主要与结构自身的构造特点、设计理念的作的保证，对结构的耐久性和桥梁运营安全有着局限性、施工工艺及控制以及桥梁运营期间的实重要影响，包括体外索自身的防腐和锚固区段的际荷载等有关。采用体外预应力法可以弥补结构防腐。部分的额外预应力损失，改善梁体应力分布，促进在体外索自由长度较长时，为了减小因运营裂缝的闭合，提高结构的耐久性、整体性及刚度，·50· 学兔兔www.xuetutu.com2010年第3期杨日发体外预应力在混凝土连续梁桥加固中的应用总第112期改善结构的线形及后期变形趋势，可根据结构实存在较大偏差，低估了实际温度梯度荷载的作用，际状态及病害程度选择该法进行加固。导致设计分析箱梁主拉应力偏小。(4)实际运营3工程实例荷载大大超过设计荷载，导致结构长期超负荷工3．1工程概况作，并呈现一系列结构性或非结构性的病害。某高速公路跨江特大桥，桥梁全长652．1lm，箱梁施工缝及合拢段裂缝：施工缝及合拢段主桥为四跨连续梁，跨径布置为45m+2X80m+裂缝主要与该类桥梁采用悬臂浇筑施工方法有45m。桥面全宽24．5m，左右幅分离，单幅车行道关。(1)箱梁逐段悬浇，新旧混凝土结合处是结构净宽11．38m。主桥箱梁采用变高度单箱单室截的薄弱面，受施工工艺等的影响，易在施工阶段即面，50号混凝土，三向预应力体系。设计荷载等级存在初始缺陷，并在后期运营荷载作用下开裂。为汽车一超2O、挂车一120级。(2)合拢段腹板竖向裂缝和底板横向裂缝主要是3．2结构病害由于该处施工缝质量不良，预应力施加效果未能在近年的桥梁定期检查中发现该桥存在着以达到预期，导致构件局部预应力不足，进而在运营下主要病害：顶板纵向开裂，裂缝沿纵向通长分荷载的作用下开裂。底板纵向裂缝主要是由于收布；腹板斜向开裂，主要集中在中跨四分点附近，缩引起的，合拢束泊松效应产生的横向拉应力是裂缝最大宽度0．45mm，裂缝在箱梁内外侧腹板均其诱因之一。有分布，有较好的对应关系，裂缝形态及走向在跨3．4加固措施中两侧具有较好的对称性，而在历次的检查中发针对主梁腹板、施工缝及合拢段病害，根据荷现该类裂缝在逐年发展；施工缝开裂，以中跨中最载试验反映的结构实际受力状态，对主梁采用主为严重，最大裂缝宽度0．5mm；中跨合拢段腹板竖动与被动相结合的方法进行加固：(1)对两80m主向开裂、底板纵向开裂。以上病害均以重车通行跨施加体外预应力，以提高主梁结构预应力度，补较多的右幅桥较左幅桥严重，其中顶板裂缝已采偿实际结构部分梁段预应力度不足，同时可改善用粘贴玻璃纤维加固。结构的变形趋势，抑制结构下挠；体外索成对布根据结构线形观测结果，右幅桥主梁中跨中置、分散锚固，共布置两对l9一15mm钢绞线，标高较设计状态低6cm。一对锚固于次边墩顶，一对锚固于箱梁底板。(2)3．3病害原因分析对中跨腹板斜向开裂处粘贴斜向钢板，对箱梁底结合预应力混凝土连续箱梁构造及施工的特板施工缝开裂处粘贴纵向钢板，对合拢段腹板粘点，对本桥梁上述病害的主要成因分析如下：贴纵向钢板，以提高结构刚度，改善原有钢筋及混顶板裂缝：预应力混凝土箱梁在顶板内布置凝土的受力状态，限制裂缝的进一步发展。(3)对负弯矩钢束，在纵向预应力作用下顶板混凝土由箱梁裂缝进行处理，提高结构的耐久陛。于泊松效应产生横向拉应力，进而在运营汽车荷加固施工的顺序为：先封闭裂缝，再施加体外载作用下产生横向开裂。由于施工工艺控制等的预应力，最后粘贴钢板。影响，横向预应力张拉效果较为难以保证以及混3．5加固效果凝土早期收缩变形也是顶板开裂的原因之一。加固施工期间进行了施工监测。以左幅桥为腹板裂缝：箱梁腹板斜裂缝主要是由于结构例，监测结果显示：锚固于墩顶的长索先张拉，实抗剪能力不足引起的。(1)在早期桥梁优化设计测应变大于理论值，可能与张拉期间结构对体外思想的指导下，结构构件尺寸偏小：梁高偏矮、腹预应力的自适应过程有关；锚固于底板的短索后板偏薄。(2)本桥采用竖向预应力来提高构件的张拉，张拉后主梁中跨跨中下缘压应力增加了抗剪强度，但是由于其自身梁高较矮，竖向预应力0．91MPa，上缘压应力增加了0．67MPa，均与理论筋较短，自身损失较大，且由于张拉工艺控制的原值相吻合。体外预应力张拉后，腹板斜裂缝和施因，竖向预应力张拉的效果往往不理想。(3)结构工缝均有明显的闭合，中跨上拱8．5ram。设计对日照温差按顶板升温5'C考虑，与实际情况上述结果表明，体外预应力的施加使得结构·51· 学兔兔www.xuetutu.com2010年第3期广东公路交通总第112期受力有了较为明显的改善。而结构整体的加固效平顺，特别是锚固块和转向块处。果将在桥梁后续的运营过程进一步体现出来。(7)在病害结构上施加预应力，体外预应力张4问题探讨拉过程中应保证对称、逐级张拉，以保证预应力均(1)体外预应力不宜施加过大，设计中应特别匀地施加到结构上，避免因此带来结构的二次损注意施加体外预应力对截面压应力的影响。伤。(2)在可能的情况下，通过桥面铺装改造实现(8)体外预应力体系的防腐是结构耐久性的中跨中减载可以提高体外预应力加固的效果。保证，应予以重视。(3)体外预应力索通常选择钢绞线，有条件时5结语建议选用热挤HDPE成品索，可以减小穿索过程随着我国桥梁病害的逐渐呈现，大跨度连续对钢绞线的损害，同时也有利于钢绞线的长期防梁桥的病害处置正在受到越来越多的关注，而体护。外预应力法加固作为一种可以调整结构内力分布(4)体外预应力的锚固应可靠。锚固位置可的主动加固方法也正在受到设计者的重视。上述根据实际情况选择，为了便于施工，锚固块一般选工程实践表明，以施加体外预应力的主动加固与择混凝土结构，新旧混凝土问以植筋连接，并刻设粘贴钢板的被动加固方式相结合，各取所长、互为剪力槽。补充可以较好地解决该类桥梁病害，值得同类工(5)受施工操作空间的影响，结构新增混凝土程借鉴参考。可选择自密实免振捣混凝土。从本桥实践来看，参考文献：该混凝土可较好地满足施工需要，其拌合物及硬[1]刘来君，赵小星，桥梁加固设计与施工技术[M]．北京：人民交通出版社，2004．化混凝土各项性能指标均可满足要求。当新增锚[2]徐栋．桥梁体外预应力设计技术[M]．北京：人民固块混凝土体积较大时应注意养护，防止收缩裂交通出版社，2008．缝的出现而影响构件耐久性。(6)体外预应力张拉前应保证体外索传力的(收稿日期：2010—04—1O)StrengthenConcreteContinuousGirderBridge、树thExternalPre—stressingYANGRi一(HeyuanBranchofGuangdongprovincialFreewayCO．Ltd；HeyuanGuangdong517000，China)Abstract：It’sgraduallytoactivelystrengthenbridgeswithexternalpre—stressing．whichisappliedinalarge—-spanpre——stressedconcreteboxgirderbridgeasintroduced．Keywords：pre—stressedconcrete，continuousgirder，crack，externalpre—stressing，activerei~omement·52-