公路梁桥体外预应力加固设计方法汇总.doc

公路梁桥体外预应力加固设计方法 艾军 史丽远 215011 　　 摘 要 关键词：体外预应力；加固；设计；承载能力 　　 目前，国道、省道公路网已基本形成，交通运输业日益繁荣。据公路管理部门大量调查结果分析，现有公路桥梁存在两大方面的问题。一方面，相当一部分桥梁服务期限已有20年～30年，梁体已出现混凝土破损、剥落、钢筋锈蚀、产生裂缝的现象，桥梁承载能力受到影响。另一方面，由于现在交通量增多，车辆载重增大，部分桥梁承载力明显不足，急需采用加固措施提高其承载力以适应交通需要。加固旧桥将是桥梁工程界一个非常迫切的任务。 1］［2］，能显著提高结构承载力和抗裂度，有效改善结构的应力状态。结合实例验证本论文提出的体外束加固计算方法的正确性及加固效果。 1　体外预应力筋的设计内容 1．1　体外束的线形布置 1／3L～1／4L处体外束向上弯起，并锚固在梁两端，满足梁的抗剪强度要求。体外束材料一般由无粘结钢绞线、粗钢筋与槽钢组合而成。 1．2　体外束的预应力损失计算 s4为零，在活载作用下，引起体外束中的拉力增量时，均以考虑了梁体的变形协调及体系的内力平衡，故活载拉力增量也不会引起预应力钢筋中的混凝土弹性压缩损失。对于全桥整体工作的梁来说，后张拉的各片梁会引起先张拉各片梁变形，产生预应力损失。 由以上分析可知，体外预应力筋的预应力损失比有粘结预应力混凝土梁预应力筋要小。所以体外束的张拉控制应力应适当降低，以避免体外束长期处于高应力状态下工作，改善加固体系结构的受力状态，建议其张拉控制应力值比公路桥规中规定的限值降低10％左右。 1．3　体外束面积的确定 5按一般原则，确定转向块和锚固端的位置，并进行全梁承载力校核；⑤按正常使用状态验算各项指标［3］，直至满足各项要求为止。 1．4　转向块和锚固端处局部承压验算 75mm、长度为480mm的圆柱，距两端70mm处铣出80mm×33．5mm的锚固平面，梁端腹板上缘钻直径为80mm的锚固孔，局部承压满足规范要求。锚孔部位腹板两侧分别粘贴一层30mm×30mm的碳纤维，以确保安全可靠。固定端采用挤压锚，张拉端采用夹片锚，并套上防震钢套。转向块采用钢板与槽钢22焊接而成，槽钢22在体外索转向处包住梁腹板，槽钢下钢板铣出相应曲面，并焊上防滑粗钢筋。转向块和锚固端构造的合理设计是体外预应力可靠传递的保证。 2　体外束结构的预应力增量计算 1，根据力法原理，运用图乘法可求出体外束的内力增量⑽NP＝f（Ay、q）。在原梁参数及体外束构造、材料均已知时，体外束应力增量主要与水平筋面积和外荷载有关。 1　加固体系计算示意 3　加固后梁的承载能力检算 3．1　钢筋混凝土梁加固后抗弯强度检算 T形梁为例，截面内力及应力分布如图2所示，则有平衡方法： 12bxσh＋1 2（bi－b）hi 2x－hixσh－Agσg－Ayσg＝0 13bx2σh＋3x－2hi6x（bi－b）h2iσh＋Agσg（h0－x）＋Ayσy（hy－x）＝0 h＝σghx h0－x h、σg，若满足σh≤［σh］，σg≤［σg］，则加固后体系正截面强度满足要求。否则，重新进行配筋设计。斜截面强度验算从略。 2　截面内力及应力分布示意 3．2　钢筋混凝土梁加固后斜截面抗剪强度检算 实际加固工程中，斜截面抗剪强度检算截面可按公路桥规中规定选定。 3．3　加固体系的挠度验算 f与弯矩M的变化规律与部分预应力混凝土梁相似。 前者计算同普通钢筋混凝土梁，后者的计算方法可参考预应力混凝土梁在预加力作用下的上拱度的计算方法或根据力法原理求出。梁体的挠度计算均可按弹性理论计算，其关键问题是刚度的取值，梁体截面开裂前可取0．85EhI0，梁体截面开裂后可取0．85EhI01。按公路桥规，在不计冲击力的活载作用下，产生跨中挠度不应超过跨度的1／600。 3．4　加固体系的裂缝验算 δf＝C1C2C3σgEg（30＋d）（0．28＋10u）式中各参数均按公路桥规取用。其允许裂缝宽度建议按公路桥规中普通钢筋混凝土梁的允许裂缝宽度采用。 3　体外束布置示意 4　算例 L＝13．5m的钢筋混凝土T形梁桥，原设计荷载为汽—10级、拖—60；加固后桥梁承载能力要求提高到汽—15级。进行全面加固计算，基本数据如下：bi＝178cm，b＝18cm，h＝80cm，h1＝12cm，h0＝71cm，Ag＝44.27cm2，Eg＝2.0×105MPa，Ey＝1.9×105MPa，［σg］＝180MPa，25＃混凝土，［σw］＝10.5MPa，n＝20。 10级，跨中抗弯承载能力为679．90kN—m；采用体外束加固，体外束布置如图3所示，L3＝180cm，L2＝840cm，L1＝150cm，H1＝19.14cm，H2＝60.86cm． 4束无粘结预应力钢束。Rby＝1960MPa，Ay＝