預(yù)應(yīng)力混凝土空心板鋼束損傷加固方案研究

李 蓉，黃春亮

(1.湖南和天工程項(xiàng)目管理有限公司，湖南 長沙 410007；2.中交通力建設(shè)股份有限公司湖南分公司，湖南 長沙 410009)

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板鋼束損傷加固方案研究

李 蓉1，黃春亮2

(1.湖南和天工程項(xiàng)目管理有限公司，湖南 長沙 410007；2.中交通力建設(shè)股份有限公司湖南分公司，湖南 長沙 410009)

隨著交通量的發(fā)展，高速公路超載現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，車輛撞擊跨線立交橋梁體的幾率也越來越大，撞擊受損的上部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重威脅到了橋梁本體的安全。以一座被貨車撞擊的高速公路跨線橋?yàn)槔?，介紹對空心板預(yù)應(yīng)力鋼束受損后的幾種加固方案進(jìn)行研究分析，為類似項(xiàng)目提供設(shè)計參考。

預(yù)應(yīng)力空心板；鋼束損傷；加固方案

1 工程實(shí)例

某高速跨線立交橋被一輛途經(jīng)高速的貨車撞擊，發(fā)生貨物刮擦立交橋空心板底板及腹板的交通事故，致使該橋第二孔左幅邊梁受損嚴(yán)重。

橋梁第二孔邊梁梁底板混凝土被刮落，出現(xiàn)大面積空洞且貫穿底板，底板空洞占梁體橫向?qū)挾鹊?0%以上(約1.2 m2)，可直接看到空心板內(nèi)箱。外側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線受損嚴(yán)重，外露彎曲變形，預(yù)應(yīng)力鋼絞線損壞一束。受損的預(yù)應(yīng)力鋼束中有2根彎曲變形，其余5根鋼絞線有不同程度的刮傷。梁底板普通鋼筋出現(xiàn)大面積破損斷裂，嚴(yán)重影響了整個梁體結(jié)構(gòu)的容許承載能力。高速公路管理處為保障橋梁及過往車輛的安全，對該橋受損的邊梁所對應(yīng)的車道進(jìn)行了必要的交通管制。

被撞擊橋梁建于1994年，橋梁全長81 m，全寬36 m。由于建筑年代較早，設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)采用《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTJ 021-89)，即汽車-超20級，掛車-120。橋梁上部結(jié)構(gòu)由1×16 m+2×22 m+1×16 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁組成，下部結(jié)構(gòu)為輕型橋臺、蓋梁柱式墩配樁基礎(chǔ)。

2 加固方案

2.1 鋼板加固

首先鑿除松散混凝土，修復(fù)斷裂鋼筋，噴灑混凝土界面處理劑。然后在底板支模，從空洞處(從上向下)注入自流免振混凝土，使混凝土將鋼絞線包裹?。换蛘咧苯訚仓h(huán)氧混凝土。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，涂刷混凝土修補(bǔ)膠修復(fù)梁底的裂縫。修補(bǔ)工作完成后，在梁底板表面整體粘貼鋼板加固，貼6 mm厚、1.22 m寬、19.5 m長的整體鋼板，(考慮到實(shí)際施工，也可以降整體鋼板改為15 cm寬的條形鋼板條，以方便施工操作)。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTG D62-2004)第5.1.5條和5.2.9條進(jìn)行抗彎、抗剪驗(yàn)算。通過結(jié)構(gòu)計算(詳見圖1、圖2)，正截面抗彎承載力組合設(shè)計最大值為2 578.8 kN·m，結(jié)構(gòu)抗彎承載能力為2 607.2 kN·m，抗力與荷載效應(yīng)的最小比值為1.01。正截面抗彎承載力和抗剪截面驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。為滿足承載力的安全儲備，可將補(bǔ)強(qiáng)鋼板厚度提高到8 mm或10 mm。

圖1 正截面抗彎承載能力驗(yàn)算結(jié)果圖

圖2 斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)果圖

2.2 預(yù)應(yīng)力加固

鑒于空心板架設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束的缺點(diǎn)(空心板底板厚度較薄，體外預(yù)應(yīng)力錨固端受力較大，錨固很困難)。因此，考慮在空心板內(nèi)箱增加預(yù)應(yīng)力的方案，具體步驟為：首先鑿除受損空心板上橋面混凝土，在空心板頂板鑿出過人洞，然后修補(bǔ)空心板破損部位混凝土與鋼筋，并于空心板受損一邊腹板內(nèi)植筋，并新增5孔直徑為15.2 mm，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 860 MPa的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線。對加固部位安裝模板并澆筑混凝土，最后對鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，待張拉完成后，恢復(fù)空心板頂板及橋面鋪裝層的鋼筋與混凝土。新增混凝土面積約為0.066 m2，重量約為3.26 t。

圖3 正截面抗彎承載能力驗(yàn)算結(jié)果圖

通過結(jié)構(gòu)計算(詳見圖3、圖4)，正截面抗彎承載力組合設(shè)計最大值為2 635.2 kN·m，結(jié)構(gòu)抗彎承載能力為2 785.0 kN·m，抗力與荷載效應(yīng)的最小比值為1.06。正截面抗彎承載力和抗剪截面驗(yàn)算均滿足規(guī)范要求。

圖4 斜截面抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)果圖

2.3 更換空心板

切開邊梁上部橋面鋪裝層和梁體鉸縫連接，讓受損梁體分離。使受損梁體不再承受橫向分布傳來的汽車荷載及橋面二期恒載，再鑿除受損梁體的橋面鋪裝；切斷受損梁體上的混凝土防撞護(hù)欄；重新澆筑邊梁替換原受損邊梁，為使上部結(jié)構(gòu)整體配套，新澆筑邊梁以原設(shè)計為參考資料，并按現(xiàn)行的橋梁設(shè)計規(guī)范為依據(jù)重新設(shè)計，使梁體達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范的要求。待替換新梁達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，將其運(yùn)至橋下。組織吊車將受損梁體拆除，并安裝新梁，再重新澆筑防撞護(hù)欄及橋面鋪裝。

3 方案研究分析

3.1 鋼板加固方案優(yōu)缺點(diǎn)

方案優(yōu)點(diǎn)：施工技術(shù)成熟，工藝簡單實(shí)用性較強(qiáng)且工程造價相對較低。通過對受損位置粘貼鋼板，補(bǔ)強(qiáng)了空心板的結(jié)構(gòu)整體性和由預(yù)應(yīng)力鋼束破壞而損失的抗力。

方案缺點(diǎn)：空心板內(nèi)力不能恢復(fù)至初始狀態(tài)。滿貼鋼板重量增加1.12 t。粘貼鋼板后，縮減了梁底凈空。

3.2 預(yù)應(yīng)力加固方案優(yōu)缺點(diǎn)

方案優(yōu)點(diǎn)：使梁體抗力滿足現(xiàn)行規(guī)范荷載標(biāo)準(zhǔn)要求的同時，還能將梁體內(nèi)力盡可能的達(dá)到初始平衡狀態(tài)。

方案缺點(diǎn)：新增高標(biāo)號(C50)混凝土與梁體混凝土靠植筋難以形成整體。原梁體澆筑至今已有18年，收縮徐變已經(jīng)完成。而新增預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土收縮徐變剛開始。由于空心板內(nèi)箱不利于人員設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，出現(xiàn)混凝土澆筑十分困難的弊端且難保證澆筑質(zhì)量，并且在腹板植筋澆筑混凝土，對澆筑混凝土進(jìn)行張拉，新增部位難以與原有空心板形成整體，但同一截面高度處新、舊混凝土及鋼筋的應(yīng)力并不相同。新增混凝土集中于護(hù)欄一側(cè)，使空心板偏心受壓，不能達(dá)到理想的加固效果。

3.3 更換空心板方案優(yōu)缺點(diǎn)

方案優(yōu)點(diǎn)：本方案可以實(shí)施，將徹底解決了梁體潛在的所有問題。不需要長期在高速公路上施工作業(yè)，對高速公路交通影響較小。

方案缺點(diǎn)：工程造價相對較高，由于只有一片空心板進(jìn)行預(yù)制施工，施工需要臨時占地，且工期較長，重新澆筑的空心板鉸縫，整體性和耐久性有待驗(yàn)證。

3.4 方案比選總結(jié)

粘貼鋼板方案可以使梁體抗力滿足規(guī)范要求，而且不需要切割橋面鋪裝，對橋面系影響較小。預(yù)應(yīng)力加固方案不僅可以滿足抗力設(shè)計要求，而且可以使加固后的梁體內(nèi)力接近初始狀態(tài)。而采用更換空心板方案徹底解決梁體所有潛在問題。

4 結(jié) 語

預(yù)應(yīng)力空心板鋼束受損后，可根據(jù)梁體實(shí)際病害情況采用不同的加固方案，進(jìn)行比較的三個方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但方案實(shí)施后，最終均能起到補(bǔ)強(qiáng)受損空心板梁體的作用。在實(shí)施加固方案的同時，必須嚴(yán)格加強(qiáng)橋面交通管制，防止車輛駛向受損梁體以造成梁體出現(xiàn)斷裂危險，發(fā)生不必要的交通事故。特別是針對上跨高速的橋梁，上下保通尤為重要，建議施工在車輛較少的時段進(jìn)行，并切實(shí)做好交通安全管理工作。

[1] 李衛(wèi)華．空心板預(yù)應(yīng)力鋼束部分?jǐn)嗔训募庸谭椒╗J]．公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2009，(5)：47-48．

[2] 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2004)[S].

[3] 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D60-2004)[S].

U445.7+2

A

1008-3383(2017)09-0101-02

2016-11-04

李蓉(1984-)，女，工程師，研究方向：公路橋梁設(shè)計咨詢。