箱梁体外预应力加固效果分析.docVIP

箱梁体外预应力加固效果分析 　　摘要 本文通过对某座钢筋混凝土连续箱梁桥上部结构采用体外预应力加固前、后两种状态下的内力及承载力状况进行分析，着重体现体外预应力加固的显著效果，根据分析提出箱梁体外预应力加固设计及施工时需要注意的问题及相关处理措施，为同类桥梁加固设计提供借鉴经验。 　　关键词 箱梁 体外预应力 加固 　　中图分类号： U448.21+3 文献标识码： A 　　0、引言 　　目前，国内一些重要高速公路交通运输日益繁忙，经过多年运营，在交通量不断增加和超载车辆的作用下，部分桥梁出现了较为明显的结构性病害，有必要进行处治加固。文中以深圳梅观高速公路改扩建工程中某座钢筋混凝土连续箱梁桥为例，着重研究在采用体外预应力加固前、后箱梁结构内力及承载力的变化情况，说明体外预应力加固效果的可行性及实用性。 　　1、桥梁概况 　　该桥上部结构为（20+30+20）m的现浇钢筋混凝土连续箱梁，箱梁梁高1.7m，单箱双室断面，顶板宽度为12.0m，底板宽度为7.6m，悬臂长度为2.0m，箱梁腹板厚度为30～50cm，箱梁跨中截面顶板厚度25cm、底板厚度20cm。原桥设计荷载为汽－超20，挂－120。 　　经过多年运营，各跨底板在桥跨1/4～3/4范围内均有横桥向裂缝产生，缝宽基本介于0.05～0.20mm之间，最大缝宽达0.32mm，缝长基本介于0.20～2.00m之间，裂缝间距介于0.10～0.80m之间，部分裂缝延伸至腹板；另外，腹板除与底板连通的裂缝外，还有大量竖向裂缝，裂缝宽度基本介于0.05～0.20mm之间，最大缝宽达0.45mm，缝长介于腹板高度的1/3～2/3之间，少量裂缝竖向贯通腹板。 　　2、桥梁上部结构主要病害成因分析 　　本桥上部为钢筋混凝土箱梁结构，主跨跨径为30m，梁高为1.7m，梁高偏低。承载能力计算结果显示箱梁跨中抗弯承载能力不足，因而导致跨中区域产生大量横向裂缝；底板横向裂缝继续沿伸至腹板，造成腹板竖向开裂。 　　3、加固思路 　　通过在箱梁腹板外侧布置齿板及转向块，增设体外预应力钢束，在体外预应力钢束张拉完毕后，浇筑腹板加厚段增大箱梁截面来提高箱梁的承载力。钢束、齿板及转向块布置位置见图1~3。 　　 　　图1 边跨钢束布置图 　　 　　图2 中跨钢束布置图 　　 　　图3 箱梁横断面 　　预应力钢束设置在箱梁边腹板外侧，N1、N2钢束两端分别锚固于距梁端1.3m处箱梁腹板上，每侧腹板均设置2根5Φs15.2mm的体外预应力钢束；N3钢束两端分别锚固于中跨距中墩1m处箱梁腹板上，每侧腹板均设置1根5Φs 15.2mm的体外预应力钢束；全桥N1、N2、N3共6根钢束。 　　4、计算分析 　　（1）有限元建模 　　采用桥梁通用有限元综合程序MIDAS Civil 7.41进行分析，建立空间梁格有限元模型。 　　加固前、后结构计算模型图见图4~6。 　　 　　图4 有限元计算模型渲染图 　　 　　图5 加固前计算模型离散图 　　 　　图6 加固后计算模型离散图 　　主要计算参数及荷载组合 　　表1 主要计算参数 　　40号混凝土弹性模量 3.3×104Mpa 　　采用温度梯度 升温梯度T1=14℃、T2=5.5℃；降温梯度T1=-7℃、T2=-2.75℃ 　　支座沉降 0#、3#台考虑6.7mm，1#、2#墩考虑8.3mm 　　表2 荷载组合 　　组合Ⅰ 恒载（结构重力）+汽车 　　组合Ⅱ 恒载（包括结构重力、混凝土收缩及徐变影响力、基础变位影响力）+汽车+温度影响力 　　组合Ⅲ 恒载（结构重力）+挂车 　　（2）加固前箱梁内力计算 　　经计算，加固前，在承载能力极限状态最不利荷载组合下箱梁弯矩图如下。 　　 　　图7 箱梁弯矩包络图（加固前） 　　（3）加固后箱梁内力计算 　　经计算，加固后，在承载能力极限状态最不利荷载组合下箱梁弯矩图如下。 　　 　　图8 箱梁弯矩包络图（加固后） 　　（4）箱梁控制截面抗弯承载能力验算 　　本桥体外钢束张拉控制应力取：=1116MPa，同时应考虑体外钢束在张拉过程中的预应力损失。 　　加固后抗弯承载力采用以下公式计算： 　　 　　 　　其中，体外索的水平钢束极限应力按下式计算： 　　 　　其中，C为截面中性轴到混凝土受压区顶面的距离，其它参数定义参见参考文献1。 　　箱梁控制截面承载能力计算结果见下表： 　　表3 加固前后箱梁承载力及内力表 　　加固前 弯矩(kN.m) Mu Mj Mu/Mj 　　 边跨跨中 15067.8 15474.6 0.97 　　 中跨跨中 20748.3 25302.8 0.82 　　 中支点 29152.3 313