Ｔ型剛構橋的體外預應力加固技術研究

摘要：以蘇丹共和國喀土穆州BURRI大橋加固工程為例，對體外預應力加固T構橋的技術問題進行了探討。對于T構橋普遍存在的下撓問題，提出采用體外預應力進行加固的方案，該方案能夠達到提高橋梁承載能力的目的，為體外預應力技術加固T型剛構橋梁積累經驗和資料。

關鍵詞：T型剛構橋；體外預應力；加固技術

預應力混凝土T型剛構橋是因懸臂施工法的新生而發展的橋型，不僅方便地解決了預應力混凝土橋施工難題，而且發展了預應力結構新型體系-T型剛構，并對其他體系橋梁產生深遠的影響[1]。T型剛構橋施工階段與運營階段受力圖式基本相同。可充分發揮材料性能，省時、省工、省料，因此一經問世便得到了廣泛的應用。但是通過幾年或十幾年的運營發現預應力混凝土T構橋在使用性能方面存在某些不足，主要表現為：(1) 橋面接縫多，且大多數接縫在撓度較大的懸臂端，因此接縫在車輛行駛作用下，容易損壞；(2) 由于預應力混凝土收縮與徐變、鋼筋松弛以及日照的影響，造成橋梁的預應力損失過大，或由于橋梁超載等其它原因，使得部分橋梁出現了諸如懸臂端撓度過大、梁體局部裂縫、橋面開裂等一些病害，嚴重降低了橋梁的實際承載力和使用壽命，影響交通安全。懸臂端的下垂撓度大，使橋面接縫形成折角，嚴重影響橋上車輛的正常通行[3]。

因此對這些橋梁進行維修和加固是當前橋梁工程界一個非常緊迫裂縫等病害，嚴重降低了橋梁的實際承載力和使用壽命，影響車輛的正常通行[4]。體外預應力技術因其具有施工方便、快速高效、易于檢測和更換等特點，被認為是預應力混凝土T型剛構橋最主要的加固方法，并廣泛應用于實際加固工程中。眾多的工程實踐證明，體外預應力技術不僅能夠改善結構的受力狀態，顯著提高結構承載力和抗裂度，同時，施工操作對橋梁運營干擾較小，具有良好的經濟效益。

1 工程概況

蘇丹Burri大橋全長722.10 m，其中主橋長519.6 m。Khartoum側引橋為9孔預應力混凝土簡支梁橋，Khartoum North側引橋為2孔預應力混凝土簡支梁橋，主橋為7孔預應力混凝土變截面鉸接T型剛構。主橋跨徑布置為43.3+5 86.6+43.3m，橋面寬度為2凈7.5+1m分隔帶+2 3.5m人行道；主梁為雙箱單室箱梁； 預應力鋼束采用12D12.70，單根鉸線為12 7，根據施工年代及引橋預應力鋼鉸線情況推測其標準抗拉強度為1725 MPa。經現場評定，主梁混凝土強度推定值為47.4MPa。該橋采用混凝土橋面鋪裝。橋面設計橫坡為1.6%，實測橫坡為1.1%~1.9%。里程K0+237.75~k0+692.25m縱斷線型為二次拋物線，里程K0+205~ k0+235.75m及K0+692.25~ k0+725m為漸變段，兩側引橋部分為直線，縱坡為0.66% 。主橋下部結構：10#~15#墩為空心薄壁墩，其中9#， 10#， 15#， 16#墩采用鉆孔灌注樁基礎，11#， 12#， 13#， 14#墩采用沉井基礎。在9#及16#墩上設鋼筋混凝土擺式支座。

2加固方案

2.1 橋梁主要病害

經橋梁細部檢查，伸縮縫嚴重破壞，人行道緣石碎裂、脫落、丟失、人行道板沉降產生大面積坑槽，橋面鋪裝存在壅包、坑槽、不平整等病害，約占全橋的60%。主橋橋跨支點橫隔板發現較大裂縫，寬約0.10mm~2.00mm，距懸臂端85cm主梁均有一道施工縫，縫寬約為0.15~0.45mm。橋墩豎向裂縫寬度約為0.15~0.45mm。

橋面實測橫坡為1.1%~1.9%，與設計橫坡1.6%基本相符。橋面縱斷面線形與設計線形相比，產生一定下撓，與理論設計線相比，主橋懸臂端下沉為11.9~20.4cm，嚴重影響正常行車。

鑒于該大橋存在的上述問題，已經嚴重影響橋上交通的正常運行，決定對大橋進行加固處理。

2.2加固方案選擇

為了減輕懸臂端嚴重下撓的狀況，恢復橋梁線型，改善行車條件，提高結構的耐久性，在保證安全的前提下，使設計荷載等級有所提高，經反復論證，綜合分析比較后決定采用體外預應技術對主梁進行加固。

2.3加固設計原則

考慮到舊有橋梁結構性能的不確定性，本著安全、穩妥，加固措施留有余地的指導思想，擬定下述加固設計原則：邊設計、邊施工、邊調整。建議工程正式實施之前，首先選取一個T構進行施工全過程監控，通過監控數據與設計數值的比較，來驗證設計效果，進一步調整設計和完善施工工藝[2]。

2.4加固設計要點

2.4.1 體外預應力束的線型布置

為便于穿束和錨固，所有體外束均布置在T構箱梁空洞內部，采用直線形布置。根據T構橋的受力特點，體外束應盡可能的位于受拉區的上緣，以改善T構橋的受力狀態，因此本橋體外束的布置靠近頂板，錨固端距頂板底緣l0cm。為了減小體外預應力筋的自由長度，在兩錨固端之間每隔3m設置一個定位支架。

2.4.2 體外預應力束的預應力損失及張拉控制應力

對于無轉向塊的直線型布置的體外預應力筋，由于力筋僅在錨固端與梁體接觸，因此，摩擦引起的預應力損失為零；體外束與梁體混凝土無粘結作用，其張拉力是在梁體發生彈性壓縮的情況下讀取的，因而分批張拉引起的混凝土彈性壓縮損失極小；在活載作用下，引起體外束中的拉力增量時，考慮到梁體的變形協調及體系的內力平衡，活載拉力增量也不會引起預應力束中的混凝土彈性壓縮損失。此外，舊橋混凝土的收縮、徐變在長期使用中已基本完成，由收縮、徐變引起的預應力損失也幾乎可以忽略不計。由以上分析可知，與有粘結的預應力束相比較，體外束的預應力損失要小得多。因此，體外束無須減除過多的預應力損失，為避免體外束長期于高應力狀態下工作。其張拉控制應力 可適當降低，取0.65倍的標準抗拉強度，即 。

2.4.3 體外束面積的確定

根據對該橋病害成因的分析可知，補強預應力、恢復結構承載力、增強結構剛度是加固本橋的最重要措施。由于精確計算和測量應力損失存在困難，因此需試算確定。考慮梁體內布束的空間位置和結構受力需要，在橋墩中心線兩側24.05m和39.05m處各對稱設置齒板，以錨固體外預應力束。一個T構每個箱梁設置8束體外預應力束，I-I斷面錨固6束、II-II斷面錨固2束，全橋共96束。體外預應力束的布置如圖5-3-1~5-3-4所示，預應力束采用270級低松弛預應力鋼絞線(10D15.24)，標準抗拉強1860MPa，張拉控制應力 =1209 M Pa.。考慮主梁懸臂端已發生一定程度下撓，自支點至跨中各斷面下撓量不等，因此各斷面預應力束距頂板底緣的距離確定不準。實際施工時，應以I-I、II-II斷面預應力束距梁頂板底緣的距離為基準，按直線放出各支架斷面預應力束的位置，支架高度尺寸應根據實際情況確定。

2.4.4 錨固端

在錨固端，由于體外束與梁體無粘結，給梁體施加的全部預應力，是通過兩錨固端實現的。因此，兩錨固端處的混凝土必須通過局部應力驗算。為了滿足錨固端混凝土局部承壓要求，齒板施工時要先植筋，后澆筑混凝土成形。植筋的效果直接關系到體外預應力的張拉和橋面鋪裝，進而影響到整個橋梁的加固效果，因此植筋是一道非常重要的工序，植筋時要避開原預應力管道，同時保證體外預應力管道位置。植筋應經過抗拔試驗，其破壞拉力不低于50KN，確保植筋的可靠性。錨頭處應除去灰漿軟弱層，頂板與齒板接觸面處應鑿毛，確保齒板混凝土的密實性。預應力束張拉時，應在齒板混凝土強度達到設計強度的100%時進行。伸長量以10% 為起點，直到設計控制張拉力。施工時應保證體外預應力束的各定位架頂面高度的一致，使之成為一直線。在張拉體外預應力束時，應分批對稱張拉，并注意隨時觀測齒板及箱梁有無異常情況，若有異常應及時與設計單位聯系，以便及時進行調整。

3 加固效果分析

采用專業橋梁軟件進行理論分析，結果表明，加固后結構剛度、各施工階段應力驗算、正常使用極限狀態應力驗算及承載能力極限狀態強度驗算均滿足規范要求。

結語

本文以蘇丹喀土州BURRI橋加固工程為例，對體外預應力加固T構橋的技術問題進行了探討。對于T構橋普遍存在的下撓問題，提出采用體外預應力進行加固的方案，通過靜力計算證明采用體外預應力技術改善了原結構應力水平，改變原結構的內力分布，從而達到了提高橋梁承載能力的目的；

為體外預應力技術加固T型剛構橋梁積累經驗和資料。具有一定的借鑒和參考價值。

參考文獻

[1].朱典文.預應力混凝土連續剛構橋維護與加固的研究.武漢理工大學碩士學位論文.2003.

[2」熊學玉.體外預應力結構設計.北京：中國建筑工業出版社，2005.

[3」李新平，高榮堂.預應力混凝土T構橋加固.公路，2002，7.

[4]項貽強，黃志義，薛靜平.懸拼式預應力混凝土T型剛構橋病成因的分析及其試驗研究.公路交通科技，2002，2.