體外預應力法加固紫坭大橋主橋

1、體外預應力法加固紫坭大橋主橋 姜海波1 何柏青 周敬誠 關(guān)其華2 （1廣東工業(yè)大學 2廣州市公路勘察設(shè)計院）摘要 文中詳細介紹了體外預應力加固紫坭大橋主橋的方法。通過計算分析說明，該加固法可以達到恢復橋梁承載力的目的，且牛腿橫梁局部應力滿足要求?？⒐屿o試驗表明紫坭大橋主橋的加固效果良好。關(guān)鍵詞 T型剛構(gòu)加固體外預應力一、 簡介紫坭大橋位于廣州市番禺區(qū)紫坭填，始建于1986年，全長420m，跨徑組合為720m+40m+60m+40m+720m，主橋為預應力混凝土T型剛構(gòu)，引橋為20m普通鋼筋混凝土T梁橋。設(shè)計荷載等級汽-20、掛-100。紫坭大橋主橋的總體布置圖如圖1所示圖1 紫坭大橋主橋總體

2、布置圖根據(jù)2001年11月廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)督站提供的橋梁檢測報告發(fā)現(xiàn)，紫坭大橋橋面系嚴重破損，引橋部分T梁出現(xiàn)裂縫。由于船只撞擊，主橋中跨牛腿附近有豎向貫通裂縫，8#墩墩身有多處水平裂縫。根據(jù)建設(shè)單位要求，為配合道路改造對原橋進行加固補強。二、 加固設(shè)計為恢復紫坭大橋主橋的承載力，提出采用體外預應力兩個加固的方案。方案一如圖所示將預應力鋼束錨固于T構(gòu)牛腿，預應力束布置見圖212。圖2 體外預應力加固紫坭大橋主橋方案一 在結(jié)構(gòu)計算分析基礎(chǔ)上，采用折線型體外預應力束布置，一次性將預應力鋼束錨固于T構(gòu)牛腿。主要的設(shè)計內(nèi)容如下：（1） 預應力鋼束采用6根直徑15.24mm的75高強低松弛預應力鋼絞

3、線。錨具采用OVM15-5錨具。每個T構(gòu)橫向布置12束預應力。（2） 采用加長桿的抽蕊機在牛腿鉆抽1.5m長水平蕊孔，以便穿過預應力束且將其錨固于牛腿。（3） 為避免鉆斜孔和使T構(gòu)受力合理，如圖所示設(shè)置預應力轉(zhuǎn)向橫隔墻。（4） T構(gòu)端部由于施加體外預應力會使原結(jié)構(gòu)上緣的壓應力減少，因在T構(gòu)端部箱梁上緣粘貼鋼板，對結(jié)構(gòu)局部加強。（5） 張拉控制采用張拉力與張拉伸長量雙控。并設(shè)置現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)，邊張拉邊監(jiān)測，出現(xiàn)異常隨時停止張拉。方案二基本上與方案一相同，區(qū)別在于預應力鋼束錨固于箱內(nèi)后加錨座。如圖3所示圖3 體外預應力加固紫坭大橋主橋方案二 對比兩個方案，方案一將預應力直接錨固于牛腿最大程度的減少對

4、原結(jié)構(gòu)的破壞，并且錨固的局部應力最小。方案二而將預應力錨固于后加的錨座上，要對原結(jié)構(gòu)造成擾動，且錨座附近的局部應力分析困難，必要時采用局部加強的構(gòu)造措施。固最終選定了方案一加固紫坭大橋主橋3。三、 加固計算分析加固設(shè)計是反復試算修改過程，最終的加固設(shè)計為通過檢算后認為較滿意的方案。為分析橋梁的應力情況，模擬橋梁建造過程，將施工過程劃分成12個施工段，如圖4所示為階段3至階段12的施工段示意圖，體外預應力加固階為第13個施工段。圖4 紫坭大橋結(jié)構(gòu)分析計算模型通過計算分析可得到加固前結(jié)構(gòu)恒載應力圖與加固后結(jié)構(gòu)恒載應力圖，如圖5所示。圖5 紫坭大橋加固前、后恒載應力圖 由計算結(jié)果可知，在T構(gòu)根部最大

5、壓應力增加1.3Mpa，體外預應力加固后結(jié)構(gòu)內(nèi)應力得到改善。 采用設(shè)計荷載汽-20、掛-100對結(jié)構(gòu)進行加載，以確定加固后在設(shè)計荷載作用下T梁安全性。計算結(jié)果見圖6。圖6 紫坭大橋設(shè)計荷載作用下應力圖由上圖可知，在設(shè)計荷載作用下箱梁最大壓應力為8.3Mpa，最小壓應力1.5Mpa。全截面處于受壓狀態(tài)。體外預應力張拉時，應力最不利，最大壓應力為10Mpa。假定主梁為30號混凝土（原箱梁為40號混凝土，從現(xiàn)場看情況較差，固按30號混凝土計算），則，則最大壓應力.運營使用階段（汽20，掛100）最大壓應力為，根據(jù)規(guī)范要求，則。則體外預應力加固從施工階段到運營使用階段都能滿足要求4。四、 牛腿局部應力

6、分析由于預應力鋼束錨固于牛腿，后加預應力鋼束作用下將在牛腿橫梁產(chǎn)生額外的應力，因此有必要驗算牛腿橫梁的的承載能力。將中腹板、邊腹板、牛腿橫梁比擬成框架，忽略上、下頂板的支撐作用，建立有限元分析模型，劃分28個單元，29個節(jié)點。計算模型離散圖見圖7圖7 紫坭大橋T構(gòu)牛腿結(jié)構(gòu)分析模型圖 根據(jù)施工順序施加預加力于牛腿橫梁，最終的正應力包絡(luò)圖見圖8。圖8 牛腿在預應力束作用下各截面應力包絡(luò)圖 從計算結(jié)果可以看出由預應力束錨固于牛腿，在牛腿橫梁產(chǎn)生的最大正應力為3.0Mpa,最小正應力為-3.3Mpa?？紤]箱梁頂、底板的支撐約束作用，橫梁內(nèi)的應力會更有利，在牛腿正常配筋的情況下，施工階段及運營階段，牛腿

7、橫梁滿足承載力要求。張拉施工過程中牛腿橫梁及附近各部位無任何異常4。五、 結(jié)論紫坭大橋于2003年11月加固施工完成開放通車。經(jīng)廣東省公路質(zhì)監(jiān)站的動靜載試驗表明，主橋加固效果良好。通過紫坭大橋主橋體外預應力加固的研究。主要有以下幾點結(jié)論與體會。（）體外預應力加固橋梁是一種有效的加固方法，加固效率比較高。動靜載試驗結(jié)果表明，主橋加固效果良好。而主橋每個構(gòu)的加固僅用了束鋼絞線就達到了目的。施工快速簡單，錨固可靠。（）加固后橋梁外觀美觀，修復如新。車輛荷載作用下，橋梁的性能良好，撓度較少、整體剛度較大。該橋的加固投入使用，極大地緩解了周邊道路的壓力。橋上的車流大且很多是重車。加固維修的意義重大。（）

8、體外預應力加固的應用一個主要障礙就是張拉控制，本次設(shè)計除張拉時采用雙控外，還在現(xiàn)場橋梁的整體情況進行監(jiān)控，邊張拉邊控制。這種方法值得推廣，以消除對體外預應力加固的畏懼心理。（）加固費用得到有效控制，橋梁得到翻新，承載能力得到提高，經(jīng)濟與社會效益明顯。參考文獻1 黃僑，公路鋼筋混凝土簡支梁橋的體外預應力加固技術(shù)，人民交通出版社，1998年5月2 肖長禮，后張無粘結(jié)部分預應力混凝土公路橋，人民交通出版社，1999年1月3 楊文淵、徐犇，橋梁維修與加固，人民交通出版社，1992年12月4中華人民共和國交通部部標準，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTJ023-85），1985-08-01T

9、he Reinforcement of Zini Bridge with External Prestressed BarJiang Haibo1 He baiqin Zhou Jingcheng Guan Qihua2(1The University of Guangdong Technique,2Guangzhou Highway Design Institute)Abstract In this paper, the Rehabilitation method of Zini bridge with external prestressed bar is presented exhaustively. It is proved that the method can retrofit the load bearing capacity and the transverse terminal beam