体外预应力技术在加固钢筋混凝土箱梁桥中的应用

体外预应力技术在加固钢筋混凝土箱梁桥中的应用

郑西璐

郑西璐ZHENGXi-lu；程辉CHENGHui

（陕西西禹高速公路有限公司，西安710018）

（ShaanxiXiyuExpresswayCo.，Ltd.，Xi'an710018，China）

摘要：以铜黄高速公路王家河大桥加固工程为例,通过对全桥病害原因分析和结构计算分析,对体外预应力加固方法进行了分析验证,可供同类桥梁参考。

Abstract:TakingReinforcementEngineeringofTongHuangExpresswayWangRiverBridgeasanexample,thispaperanalysesthecausesofbridgediseases,thestructuralcalculation,andexternallyprestressedstrengtheningmethod,whichmightbeareferenceforsimilarbridgeengineering.

关键词：体外预应力；主动加固；有限元；受力性能

Keywords:externalprestressing；activereinforcement；finiteelement；mechanicalperformance

中图分类号：U448.21+3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）14-0113-02

引言

近年来，随着我国经济建设步伐的加快，基础设施建设得到了快速的发展，但随之而来的是大量在役桥梁的管养问题。据公路管理部门调查研究发现,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,结构老化严重，梁体已出现混凝土破损、剥落、钢筋锈蚀、裂缝等现象；另一方面,由于交通量增多,车辆载重增大，部分桥梁承载力明显不足。

工程实践表明，体外预应力加固的主要优点有：

①能充分发挥加固材料—体外预应力筋的性能，较大幅度的提高桥梁的承载能力；②在体外预应力作用下，原梁的裂缝将全部或部分闭合，能明显改善原梁的抗裂性能，提高结构刚度和耐久性；③体外预应力加固可在不中断交通的条件下进行，对桥梁的运营影响小；④所需设备简单、施工工期短、经济效益显著。

1工程概况

K87+447王家河大桥为铜黄高速公路上一座大桥，于2001年6月建成通车，已安全运营8年。桥梁全长405米，上部采用6*20+5*20+（23.5+2*27+23.5）+4*20，其中第三联为单箱单室钢筋混凝土连续箱梁，其余各联为20米预应力混凝土空心板，下部结构为单幅双柱式墩台。设计荷载为汽车-超20级；挂-120。桥面宽度为0.5m（护栏）+10.3m（行车道）+0.5m（护栏）。

1.1主梁病害状况第三联现浇箱梁接近跨中区段底板出现横向裂缝，裂缝最大宽度超出规范要求，从裂缝的形态和走向分析，属于典型受力裂缝，对结构的承载能力和耐久性产生非常不利的影响。箱梁腹板在边跨支座附近和接近中跨部位存在大量斜裂缝，边跨支座附近斜裂缝主要分布于靠近梁端的部位，从裂缝的形态和走向分析，其原因应为支点附近抗剪能力降低，腹板承受过大的主拉应力引起的。

1.2承载能力评定委托有关单位对大桥进行了荷载试验和承载能力评定，发现主要测点应变、挠度校验系数均大于1，表明结构目前强度、刚度均不满足设计要求，存在安全隐患。

2加固方案

主梁采用体外预应力加固，主梁每侧腹板附近布设一束12?准s15.2钢绞线，采用包裹小PE套的内涂油脂OVM环氧涂层钢绞线，标准强度1860MPa，弹性模量195000MPa。齿板、转向块采用C50混凝土，锚具采用OVM15-12型。

3计算分析

3.1结构模拟根据以上计算参数，采用大型有限元程序MADIS建立空间仿真模型，共计节点41个，单元40个，计算模型如图3所示。

3.2理论分析

3.2.1原结构评价由于长期结构劣化及超载等因素的影响，原结构在持久状况下正常使用极限状态抗裂验算中中支点附近主梁腹板抗剪能力不足，理论下缘最大裂缝宽度达0.323mm＞规范限值0.25mm，不满足要求；承载能力极限状态基本组合正截面强度验算中边跨0.4L附近5米范围内结构抗力均不足，0.4L处断面结构抗力R=11600kN·m＜荷载组合值Mj=14900kN·m，超载率28.4%；中跨跨中附近4米范围内结构抗力也不足，跨中处断面结构抗力R=11800kN·m＜荷载组合值Mj=12400kN·m，超载率5.1%。

3.2.2加固后结构评价本桥的加固按照《公路桥梁加固设计规范》（JTG/TJ22-2008）的原则，主要着力于“恢复使用功能、提高承载能力、增强安全性和耐久性”，按照钢筋混凝土预应力结构的定位原则，原有结构参照预应力结构B类结构，并考虑受拉区钢筋的作用后，施加体外预应力后进行计算。

对结构施加体外预应力后，结构变为偏心受压构件，承载能力极限状态基本组合正截面强度验算各断面均满足要求，其中边跨0.4L处断面结构抗力R=19800kN＞荷载组合值Nj=4160kN，安全系数为4.76；中跨跨中断面处结构抗力R=27300kN＞荷载组合值Nj=4170kN·m，安全系数为6.55，加固后结构承载能力明显提高。（表1）

4结语

采用体外预应力加固旧桥是非常有效的措施,具有加固、卸载及改善结构内力的作用,值得更广泛地推广应用，但也有若干问题值得注意。

①经过几年运营，桥梁结构的某些主要受力构件发生了变形，原受力筋也被严重锈蚀，分析中常采用有限元理论进行模拟计算。②分批张拉预应力钢束时，预应力损失和影响系数以及体外束的长期抗腐蚀保护措施也值得进一步研究。③由于补强力筋在原桥梁结构上的作用点发生了变化。

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