體外預應力在加固簡支T梁橋中的應用

強聯華

近些年來,隨著煤炭市場的興起,交通運輸業迅速發展,大噸位車輛不斷增加,省內高速公路出現的三類以上橋梁不斷增多。簡支體系的橋梁在這些出現病害的橋梁中占據了相當大的比例,而體外預應力作為一種有效的加固方法在加固簡支體系橋梁中得到了廣泛的應用。體外預應力加固方法有效地解決了目前其他加固方法無法解決的后加補強材料應力滯后的問題,體外預應力索主動受力,充分發揮了補強材料的抗拉性能,能夠積極分擔原梁承受的恒載,有效地提高了橋梁的承載能力。

1 橋梁概況

該橋上部結構為6×25 m裝配式預應力混凝土T形組合梁,T梁梁高1.6 m,半幅橋斷面由6片T梁組成,設跨中和梁端三道橫隔板。該橋采用簡支梁橋面板連續結構,主梁按預應力結構設計,在荷載組合(汽車+恒載)作用下按部分預應力混凝土A類構件設計,其他荷載組合作用下按部分預應力混凝土B類構件設計,并以0.15 mm的裂縫限制值進行配筋和截面強度驗算。原橋設計荷載:汽—超20級;驗算荷載:掛—120。養護單位在橋梁檢測中發現,該橋T梁腹板跨中處存在左、右兩側對稱的豎向裂縫,裂縫最寬達0.35 mm。初步判定,該橋的承載能力已經削弱,影響到今后橋梁的安全運營。

2 結構分析計算

2.1 原橋計算分析

原橋在計算時,對原橋混凝土強度進行了折減,并對原梁預應力鋼筋損失進行了估算,估算標準是在活載采用汽車—超20級荷載,梁底出現0.2 mm裂縫進行估算分析。估算結果為:邊梁兩端張拉預應力束有效預應力值768.5 MPa,即預應力損失值為預應力鋼束張拉應力的44.9%。次邊梁及中梁兩端張拉預應力束有效預應力值773.8 MPa,即預應力損失值為預應力鋼束張拉應力的44.5%。經計算得:原橋承載力滿足受力要求。在預應力損失后,原橋梁跨中梁底出現超過規范限值的裂縫,橋梁正常使用狀態不滿足規范要求。

汽車荷載按原設計標準的汽車—超20級進行加載,并考慮預應力損失對原橋進行受力分析,分離出的單元為跨中單元。由于主梁配筋不同,此次計算結果分析了邊梁和次邊梁。原橋邊梁及次邊梁計算結果見表1,表2。

2.2 T梁橋加固后計算

針對原橋的病害采用了體外預應力的加固方法,在每片T梁兩側各加2根 GB/T 5224-2003標準的φ 15.2無粘結鋼絞線,采用兩端張拉,張拉控制應力為1 116 MPa。驗算時汽車荷載采用公路Ⅰ級進行加載,邊梁原有鋼束有效預應力為750 MPa(扣除混凝土彈性壓縮損失),次邊梁及中梁鋼束有效預應力為755.8 MPa(扣除混凝土彈性壓縮損失)。

表1 邊梁計算結果

表2 原橋次邊梁計算結果

表3 加固后邊梁計算結果

由于主梁配筋不同,此次計算結果分析了邊梁和次邊梁。經計算分析,采用體外預應力加固后橋梁承載力滿足受力要求,與加固前相比承載力提高了9%,承載力儲備加大。加固后橋梁為預應力混凝土A類構件,跨中梁底為壓應力,正常使用狀態滿足規范要求。加固后橋梁邊梁及次邊梁計算結果見表3,表4。

此次計算分析了橋梁在梁體自重荷載作用下,在跨中梁頂產生了8.8 MPa的壓應力值,預應力荷載(預應力荷載沒有估算損失的情況)作用下,在跨中梁頂產生了5.3 MPa的拉應力,即梁頂不會出現拉應力,全截面受壓。

表4 加固后次邊梁計算結果

3 施工要點

1)按照設計圖紙確定齒板、轉向防護鋼板和定位鋼板的位置,鑿除齒板位置1 cm的T梁混凝土保護層,并對鑿出面進行清潔。2)嚴格按照設計圖紙加工鋼齒板、轉向裝置和定位裝置。鋼構件與原梁的連接采用結構膠加高強對拉螺栓錨固。3)進行齒板、轉向防護鋼板和定位裝置的試安裝,并確定對拉螺栓的位置,然后進行鉆孔和清孔工作。鉆孔完畢要盡快進行下一道工序,防止鉆孔后梁體在長時間汽車荷載作用下產生破壞。4)安裝齒板、轉向防護鋼板和定位裝置鋼板,并進行精確定位。在對鋼板進行高強螺栓對拉時,對拉螺栓要加結構膠并穿過梁體。對鋼板進行緊固時,螺母后加墊方形斜墊,要保證緊固螺母完全貼實鋼板。5)對鋼絞線進行下料,然后去除張拉錨固區的鋼絞線護套,并清洗干凈。6)安裝預應力鋼束和預應力錨具。錨具要求采用有防松裝置的錨具。預應力鋼束應外包PE套管,并沿橋縱向每隔1.5 m將PE管與梁體進行穩固連接。待粘貼齒板和轉向防護鋼板的粘鋼膠完全凝固后,張拉鋼絞線。控制應力σk=1 116 MPa,初張拉應力0.1σk=111.6 MPa。預應力張拉均要求采用伸長量與張拉力進行雙控,以張拉力為準。7)張拉完畢,切除多余鋼絞線,加蓋錨具防護罩,并通過注油槽注入黃油,防止錨具及鋼筋銹蝕。8)對齒板、轉向裝置和定位裝置進行防銹處理。

防銹措施為齒板、轉向裝置和定位裝置的外露鋼板在安裝前應打磨并涂刷兩遍紅丹,在預應力鋼束張拉完成后,安裝防護外罩并注入黃油,并對所有外露鋼板再涂刷兩遍防銹面漆。

4 結語

目前在省內的公路橋梁中,存在類似病害的橋梁很多,都亟待進行加固。采用體外預應力體系加固簡支體系橋梁是一種比較合理和經濟的加固方法。上述橋梁的加固工程已經施工完畢,且取得了良好的加固效果。該加固工程的完成為今后此類工程的加固設計和施工提供了寶貴的經驗和技術參考。

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