大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋病害分析與體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)分析

李　欣，顏世德

(湖南省湘筑工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙　410004)

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大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋病害分析與體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)分析

李欣，顏世德

(湖南省湘筑工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410004)

摘要：對(duì)箱梁裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，以M橋?yàn)槔龑?duì)其進(jìn)行了橋梁線形監(jiān)測(cè)分析，介紹了此橋的體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)，探討其體外預(yù)應(yīng)力加固效果。

關(guān)鍵詞：剛構(gòu)橋；體外預(yù)應(yīng)力；加固

一般的大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋，無(wú)論是在施工階段、還是運(yùn)營(yíng)使用中，如施工不當(dāng)、混凝土收縮徐變、老化、超載等問(wèn)題，往往是存在諸多影響橋梁承載力的因素。雖然從橋梁的撓度、裂縫可以判斷橋梁承載力的大小變化，但實(shí)際情況中不是一有裂縫，撓度一超限，就必須加固。借由轉(zhuǎn)向板轉(zhuǎn)向以確定鋼束走向，由此體外預(yù)應(yīng)力束形成析架體系進(jìn)而形成超靜定結(jié)構(gòu)，除了可以抵消部分恒載應(yīng)力，以達(dá)卸載外，同時(shí)降低了原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，改變內(nèi)力分布。從整體上減少箱梁的跨中彎矩，從而達(dá)到提高箱梁的正截面抗彎強(qiáng)度、剛度和抗裂性的目的，最終提高橋梁的承載能力，使其裂縫縮小甚至完全閉合，同時(shí)減少結(jié)構(gòu)變形。

1箱梁裂縫產(chǎn)生原因分析

腹板斜向裂縫、頂?shù)装蹇v向裂縫和頂板與腹板倒角的縱向裂縫這三種類型常見(jiàn)于箱梁裂縫主要情況，即箱梁早期裂縫大部分已采取封閉措施。在左幅橋左側(cè)箱室內(nèi)，縱向裂縫處于跨中區(qū)域頂板與左側(cè)腹板(邊腹板)交接處。

根據(jù)裂縫形態(tài)分析，可以發(fā)現(xiàn)腹板斜向裂縫靠近跨中側(cè)變小，裂縫走向?yàn)榭缰袀?cè)高支點(diǎn)側(cè)低，裂縫形態(tài)與主拉應(yīng)力裂縫特征相符，判斷此類裂縫應(yīng)為受力裂縫。分析其原因?yàn)樨Q向預(yù)應(yīng)力損失，導(dǎo)致主拉應(yīng)力增大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)裂縫主要集中于在底板齒板錨固區(qū)附近，其與頂板鋼束與底板鋼束形成反向?qū)斐筛拱鍛?yīng)力增大有關(guān)；同時(shí)，產(chǎn)生裂縫有影響的還有寬幅箱梁的畸變效應(yīng)、溫度效應(yīng)、車輛荷載的長(zhǎng)期作用。

對(duì)箱梁的溫度影響分析可知，在箱內(nèi)外溫差作用下，箱梁內(nèi)外側(cè)表面的應(yīng)力為 3.5～8 MPa；在橋面溫度梯度作用下，箱室頂板中部上下表面的最大橫向正應(yīng)力約為 3～4 MPa。除溫度外，在活載及收縮徐變也可以使箱梁產(chǎn)生橫向框架效應(yīng)，也必然在箱梁頂板、腹板及底 板表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，受框架效應(yīng)影響，在外部環(huán)境荷載、車輛荷載及結(jié)構(gòu)自身收縮徐變?nèi)刈饔孟?，箱梁頂板和腹板的縱橋向裂縫更易產(chǎn)生，尤其倒角和頂板厚度較薄位置。

2橋梁線形監(jiān)測(cè)分析

(1)線形情況。

2012年7月7日、8日晚上M橋全封閉交通的狀態(tài)下，某公路橋梁工程監(jiān)測(cè)站進(jìn)行測(cè)量，將12年數(shù)據(jù)與2006年10月交工驗(yàn)收測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。從圖1和圖 2中看出左幅主橋下?lián)?5 mm，右幅主橋下?lián)?3 mm，發(fā)現(xiàn)不僅左、右幅主橋存在下?lián)?，且中跨線形不平順。

(2)跨中下?lián)显蚍治觥?/p>

考慮到混凝土徐變系數(shù)、混凝土超方、縱向預(yù)應(yīng)力徑向力及超載對(duì)橋梁受力狀態(tài)的影響，分別對(duì)豎向預(yù)應(yīng)力損失、縱向預(yù)應(yīng)力損失分析，可知主跨跨中下?lián)弦蛩刂饕邢淞夯炷恋男熳儭㈩A(yù)應(yīng)力損失、上部結(jié)構(gòu)超方以及剛度損失。并且可判斷出該損失由多重影響導(dǎo)致，非單一因素。從線形測(cè)量結(jié)果來(lái)看，只需對(duì)中跨有針對(duì)性的加固。

圖1　M橋右幅主橋 2012年與2006年橋面線型測(cè)量結(jié)果對(duì)比

圖2　M橋左幅主橋 2012 年與2006年橋面線型測(cè)量結(jié)果對(duì)比

3體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

3.1某橋體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

我國(guó)目前剛構(gòu)橋主要采用體外預(yù)應(yīng)力加固法加固，主要是施工簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、檢修方便。本檢測(cè)橋同樣是采用體外預(yù)應(yīng)力加固法加固，方法上采用OVM-S6 環(huán)氧噴涂鋼絞線體外束，為保證安全性采用配套錨具、錨墊板、錨下螺旋箍筋。錨下張拉控制應(yīng)力為1 116 MPa。同時(shí)布置磁通量傳感器于體外束中跨合攏段位置，以監(jiān)控和測(cè)量施工過(guò)程和后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)鋼束應(yīng)力變化。

本橋布置12束體外預(yù)應(yīng)力鋼束，每個(gè)鋼束號(hào) 2 束，編號(hào)記為 T1~T6，10φj15.24 mm的預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

3.2體外預(yù)應(yīng)力加固效果

(1)加固后合理狀態(tài)分析。

加固后邊跨未加固部分應(yīng)力情況未發(fā)生明顯變化，且未出現(xiàn)拉應(yīng)力；中跨應(yīng)力與原設(shè)計(jì)數(shù)值接近，撓度有所提升。

(2)正常使用極限狀態(tài)。

實(shí)橋狀態(tài)下，體外預(yù)應(yīng)力加固后，跨中撓度上拱12 mm；跨中下緣有下緣應(yīng)力儲(chǔ)備為0.30 MPa。

(3)承載能力極限狀態(tài)。

加固后，從表中可以得出中跨跨中截面受彎的安全系數(shù)提高到1.04，由此可知體外預(yù)應(yīng)力加固能夠增大橋梁的安全系數(shù)。

表1　承載能力極限狀態(tài)下體外預(yù)應(yīng)力加固結(jié)果

注：實(shí)際橋梁狀態(tài)加固的承載能力允許值 Mu 比新建橋梁狀態(tài)加固的承載能力允許值折減 6%

3.3兩種加固效果對(duì)比

對(duì)比體外預(yù)應(yīng)力加固法與單肋系桿拱加固法效果可知：

(1)兩種方法均能將剛構(gòu)橋加固到合理狀態(tài)。

(2)跨中截面下緣的拉應(yīng)力減小兩種方法均能達(dá)到，并能保證一定的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，在數(shù)值上也相當(dāng)接近，體外預(yù)應(yīng)力加固的剛構(gòu)橋跨中下緣的拉應(yīng)力儲(chǔ)備是 0.30 MPa，單肋拱結(jié)構(gòu)加固的剛構(gòu)橋跨中下緣的拉應(yīng)力儲(chǔ)備是 0.31 MPa。

(3)同等加固程度下，墩頂截面壓應(yīng)力上體外預(yù)應(yīng)力加固法較單肋拱結(jié)構(gòu)加固法大。在實(shí)際橋梁狀態(tài)加固來(lái)看分別為11.89 MPa和10.93 MPa。

(4)同等加固程度下，加固效果更好，因?yàn)閱卫呦禇U拱加固法可以更多的使剛構(gòu)橋中跨跨中上撓。

由上述四個(gè)異同點(diǎn)進(jìn)行分析。第一點(diǎn)，兩種加固方法都是有效的；第二點(diǎn)，對(duì)于中跨，兩種加固法都能保證一定的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，并能等效的提供向上的作用力，從而使跨中截面下緣的拉應(yīng)力減??；第三點(diǎn)，體外預(yù)應(yīng)力加固法則引起了較大的壓力，但系桿平衡了單肋拱系統(tǒng)的水平力，沒(méi)有對(duì)剛構(gòu)橋產(chǎn)生較大的壓力；第四點(diǎn)，單肋系桿拱加固法可以更好地阻止連續(xù)剛構(gòu)橋下?lián)希饕且驗(yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)體系分擔(dān)了部分變形，且單肋系桿拱能夠和剛構(gòu)橋共同變形，能夠?qū)倶?gòu)橋的撓度起到長(zhǎng)期控制的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱順冬．橋梁工程軟件 midas civil 應(yīng)用工程實(shí)例(第一版)[M]．人民交通出版社，2011.

[2]樓莊鴻．大跨徑梁式橋的缺陷[J]．預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2004，(2)：35-36.

[3]李新平，王沸仁．基于 MIDAS 的斜拉橋成橋索力優(yōu)化方法[J]．公路與汽運(yùn)，2014，(165)：149-151.

Analysis of diseases and external prestressed strengthening technique of long-span continuous rigid frame bridge

LI Xin, YAN Shi-de

(Hunan Xiangzhu Engineering Co.,Ltd., Changsha，Hunan 410004，China)

Abstract:The reasons of the box girder crack are analyzed, and the linear monitoring of M Bridge is discussed. Then external prestressed strengthening technique is designed. Also its strengthening effect is concluded.

Keywords:rigid-frame bridge; external prestressing; strengthening

中圖分類號(hào)：U445.7+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

文章編號(hào)：1008-3383(2016)01-0091-02

作者簡(jiǎn)介：李欣(1982-)，女，湖南衡山人，工程師，研究方向：橋梁加固處理；顏世德(1979-)，男，湖南茶陵人，工程師，研究方向：橋梁加固處理。

收稿日期：2016-01-01