預(yù)應(yīng)力空心板加寬橋體外局部橫向預(yù)應(yīng)力加固探析

劉振廷，孫 瀟

（駐馬店市公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，河南 駐馬店 463000）

新舊橋間橫向聯(lián)系薄弱是造成加寬橋梁新舊橋交接處舊橋邊板單板受力的原因之一。在高速公路改擴(kuò)建中，體外橫向預(yù)應(yīng)力被用來提高空心板橋的橫向聯(lián)系[1]，陳淮等采用有限元法對此進(jìn)行了計(jì)算分析[2,3]。理論分析和工程實(shí)踐均證明該方法能夠有效防治空心板橋單板受力現(xiàn)象。加寬橋梁一般寬度較大，而該方法對窄橋較為有效[3]，因而本文結(jié)合實(shí)際工程，在新舊橋連接處施加局部體外橫向預(yù)應(yīng)力，并對其進(jìn)行有限元分析，研究該方法的可行性，為同類橋梁加固提供參考。

1 工程概況

本文選取京珠高速公路安陽新鄉(xiāng)段加寬工程一期工程中某橋進(jìn)行分析。該橋交叉角度為90°，1×16m，計(jì)算跨度15.5m，原橋?qū)挾?×12.0m，配置有普通鋼筋φ16，9根/板，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用型號為的鋼絞線，每根鋼絞線張拉力為160.88kN，18根/板。加寬寬度為2×8m，預(yù)應(yīng)力鋼筋均采用270級φs15.2mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa，每根張拉力為195.3kN，22根/板，加寬橋面寬度2×8m。整橋空心板橫斷面見圖1，混凝土鋪裝層厚度為80mm，下部橋臺樁柱式臺，橋墩是柱式墩。將橋梁上部的鋼筋混凝土彈性模量采用鋼筋與混凝土的折算彈性模量考慮普通鋼筋的影響。采用實(shí)體建模計(jì)算。為便于計(jì)算，選取一跨上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，預(yù)應(yīng)力空心板施加空間簡支約束，模型如圖2所示[4]。

圖1 整橋空心板橫斷面圖

圖2 整橋上部計(jì)算模型

1.1 檢驗(yàn)荷載

選用對S7最不利布置的5輛車加載作為加固計(jì)算荷載。

1.2 加固措施

加固措施具體包括如下幾個(gè)方面：

a）橫向預(yù)應(yīng)力索的位置 順橋向距端部1m、4.9m、9.8m間距對稱布置5根預(yù)應(yīng)力索；

b）加橫向預(yù)應(yīng)力 預(yù)應(yīng)力張拉大小，對預(yù)應(yīng)力空心板橋加固效果影響不大，實(shí)際張拉應(yīng)力應(yīng)不小于考慮預(yù)應(yīng)力損失后的鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的40%[2]，采用的1860級1×7-φj15單根預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每根鋼絞線張拉力取為169.2kN即可，張拉時(shí)鋼鉸線伸長量誤差控制在±5%以內(nèi)[5]；

c）埋件設(shè)置 在橋梁縱向跨中位置S5、S9，其余預(yù)應(yīng)力鎖位置的S6和S8的側(cè)面，用專用粘結(jié)劑粘貼鋼襯板，如果空心板縫間距不夠，可以適當(dāng)磨除部分空心板保護(hù)層內(nèi)的混凝土，同時(shí)鋼絞線上部對應(yīng)的空心板板縫采用灌縫材料灌注密實(shí)；

d）防腐處理 預(yù)應(yīng)力束外加套管，套管與襯板連接處用熱縮套封死，錨具與端頭鋼束用填滿防腐油脂的保護(hù)罩防護(hù)；

e）鋪裝處理 分別以新舊交接部位為中心，向新舊橋方向各鑿除80cm長鋪裝，處理銹蝕鋼筋并鋪設(shè)一層與新橋鋪裝一致的鋼筋網(wǎng)搭接新舊橋鋪裝，最后并澆注與新板鋪裝一致的鋼纖維混凝土進(jìn)行維修，為增強(qiáng)局部加固處整體性。

2 加固機(jī)理

采用在裝配式空心板橋的板底增設(shè)橫向體外預(yù)應(yīng)力筋、改造橋面混凝土鋪裝層，對裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋進(jìn)行加固，使空心板的橫向下緣混凝土處于受壓狀態(tài)，從而平衡橫向彎矩；變鉸接板結(jié)構(gòu)形式為剛接板結(jié)構(gòu)形式，使空心板間可以同時(shí)傳遞豎向剪力和彎矩，以增強(qiáng)裝配式空心板橋的橫向聯(lián)結(jié)能力，改善活載的橫向分布狀況，有利于各空心板共同分擔(dān)車輛荷載，可提高裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋的整體承載能力[1,3]。

3 有限元分析建模

該橋有限元模型及其中各參數(shù)的取值參照文獻(xiàn)[4]進(jìn)行，為便于計(jì)算，同樣選取一跨，僅模擬計(jì)算上部結(jié)構(gòu)。體外預(yù)應(yīng)力筋屈服強(qiáng)度fy=1860MPa；泊松比ν=0.3。預(yù)埋鋼板的彈性模量E可取實(shí)際值的20倍，相當(dāng)于其彈性模量無窮大，不考慮其變形[6,7]。

4 加固效果分析

4.1 橫向分布曲線及橫向分布系數(shù)

荷載橫向分布影響線的平緩變化趨勢體現(xiàn)了板間的橫向連接情況，能反映空心橋的橫向加固效果，故采用荷載橫向分布影響線來評價(jià)粘鋼加固裝配式空心板橋的加固效果。采用橋梁實(shí)體模型計(jì)算各工況整橋各板橫向分布系數(shù)[2]，其中S7板各工況下橫向分布系數(shù)值如圖3所示，顯然S7板加固后消除了單板受力的不利影響，使得整橋荷載橫向傳遞趨于平緩。圖4說明加固后各板橫向分布系數(shù)較修復(fù)前平緩，荷載橫向傳遞較為均勻。

圖3 各工況下7號板橫向分布影響線圖

圖4 5輛車作用下各板荷載橫向分布系數(shù)

4.2 最不利加載下各板位移

計(jì)算各工況下，對S7最不利的5輛車布置時(shí)各板的位移分布情況，結(jié)果如圖5所示?？梢姡瑔伟迨芰?，橋梁橫向傳力體系被破壞，舊橋各板位移均比正常情況下有所增加，粘鋼加固修復(fù)后，各板間橫向傳力機(jī)制恢復(fù)，各板位移與未損壞時(shí)基本相同。

圖5 單板受力時(shí)、正常情況下和加固后各板跨中位移

4.3 新舊連接鋪裝應(yīng)力情況

加固后，鋪裝在對S7的5輛車最不利布置荷載作用下，新舊交接處最大橫向拉應(yīng)力分布在端部和四分之一處兩道體外預(yù)應(yīng)力鋼筋之間的鋪裝底部，其值是3.46MPa?？v向和豎向應(yīng)力基本為壓應(yīng)力，拉應(yīng)力較小可以忽略。可見，體外局部預(yù)應(yīng)力較好地平衡了橫向彎矩，新舊交接處鋪裝橫向應(yīng)力降低較多，采用鋼纖維混凝土可以防止鋪裝開裂，有效保護(hù)橋梁正常運(yùn)營。

5 結(jié)語

施加局部橫向預(yù)應(yīng)力加固裝配式預(yù)應(yīng)力空心板擴(kuò)寬橋新舊交接部位，能有效改善荷載橫向分布，增強(qiáng)空心板橫向連接，加固效果顯著。體外橫向預(yù)應(yīng)力可以降低橋梁新舊交接處鋪裝混凝土的拉應(yīng)力。

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