异形桥梁墩柱悬挑结构加固技术运用探讨

异形桥梁墩柱悬挑结构加固技术运用探讨

王赛

北京城建道桥建设集团有限公司 北京 北京市 100022

摘要：伴随着城市化运行进程的加快，桥梁工程得到了良好开展，可是从该项工程实际运行现状来看，还存在着较多的问题，其中，墩柱开裂是普遍出现的一项病害。在本篇文章中，主要结合桥梁墩柱开裂现象提出了对桥梁墩柱悬挑结构进行加固的方式，同时应用了有限元加固模拟分析方法，结合相关的有限元分析数据提出了各项措施，比如对悬挑结构顶面进行浇筑，增加混凝土侧面范围以及预埋预应力加固施工等。通过相关探究来看，将钢筋补强、预应力筋预埋以及混凝土加固等方式全面应用到开裂方面有着极高的作用，可以将开裂问题彻底解决，确保桥梁的安全性。

关键词：异形桥梁墩柱；悬挑结构；加固技术

在桥梁建设期间，墩柱起着承载上部荷载的效果，其中，桥梁墩柱质量对于桥梁自身安全性有着直接的影响，要想从一定程度上增强桥梁质量，就需要从受损桥梁墩柱方面入手，做好相关的加固处理工作。最近几年，我国逐渐加大了对桥墩加固现象的重视力度，相关人员对桥墩加固问题以及大修加固和铁路轻型桥墩加固等进行了探究，其中，做好桥梁加固工作非常重要，可以在桥梁方面产生一定效果。本文重点论述了异性桥梁墩柱悬挑结构加固技术的实际应用情况，目的是借助该项技术将现浇钢筋混凝土异形墩柱产生裂缝以后的加固问题彻底解决，保障桥梁尺寸精度，在增强工程安全的基础上减少成本输出。

1. 工程案例

1.1桥梁概况

以某项大桥为主举例说明，该项大桥工程呈现出东西走向，车行主桥、南引桥、北引桥和人行主桥等相互组合形成了大桥，对于车行主桥来讲，属于一项预应力混凝土连续桥梁，人行主桥则是两跨预应力混凝土连续桥梁，整个桥梁工程中包含了二十六个墩柱，属于现浇钢筋混凝土结构类型。应用C40清水混凝土，桥墩涉及到了多方面，分别是异型门式墩柱以及异型双曲面墩柱。

1.2对于异形墩柱开裂问题的分析

当大桥桥墩完工以后，处于悬挑弧形位置东西侧产生了一定的裂缝现象，此种类型的裂缝具备细微性特征，不会对桥梁造成不良影响，不过为了安全性，还是需要实施桥梁加固处理工作，采取超声波单面平测方式进行合理检验，经过检验以后，发现了桥墩东部和西部均有裂缝，裂缝呈现出了中间宽和两边窄的形状，而且具体集中在悬挑结构中部。

2、分析异形墩柱加固模拟

2.1桥梁墩柱模型

B02桥墩是车行桥和人行桥共同应用，该项桥墩以门型钢架为主，利用悬挑结构的斜肢对人行桥进行有效支撑，门型钢架则是支撑车型桥，桥墩表现为梯形变截面过渡形式，结合梯形边长实际变化情况确定建筑造型。其中，桥墩的实际宽度是1.8m~3.3m，厚度是1.8m。使用有限元软件对桥梁墩柱进行分析，优化盖梁以及斜肢，使其成为梁单元，上部结构恒载借助集中力的形式落实于节点中，使用虚拟主梁单元对主桥车行荷载实施横向加载操作，不需要考虑温度等环境因素产生的一系列影响。而且人行桥荷载以及人群荷载属于斜肢部位受力，通过对B02桥墩进行优化以后，具体分为六十三个单元和六十四个节点。

图一 BO2桥墩计算模型

2.2分析异型桥墩有限元受力情况

其一，分析加固以后的裂开情况。当前阶段，结合异形墩柱裂开现象可以看出，悬挑斜肢结构中部经常出现裂缝现象，基于此，必须做好悬挑斜肢结构中部的补强加固工作，结合实际情况创建桥墩三维模型，利用模拟的方式对墩顶补强钢筋进行增加、拓展混凝土面积、有效埋设预应力筋等，以此实现悬挑弧性位置刚度和强度增强效果，从而确保桥梁自身的稳固性。对于有限元模型中的内桥墩混凝土来讲，通常是应用实体单元实施模拟操作，使用钢筋梁单元模拟混凝土，借助压力形式将反力作用到支座垫层顶面，有效实施墩底固结处理操作。一般来讲，在桥墩悬挑位置出现开裂现象概率极高，同时经常受到应力集中和受力等方面的影响，在在增加墩顶墩侧补强钢筋和浇筑顶面以及侧面增厚范围混凝土，使用预埋预应力筋的加固方式缩减裂缝宽度和实际分布领域。

图二 异型桥墩凹槽配筋和验算位置

其二，分析加固以后的桥墩承载力。目前，把支架顶升对人行桥卸载和增加墩顶补强钢筋以及浇筑顶面和侧面对范围混凝土加以增厚，埋设预应力筋，符合龄期以后对全部预应力钢筋张拉力进行有效的张拉。基于预应力工况下，原有斜肢下缘发生受拉以后，可以合理计算改侧墩柱以及斜肢承载力、裂缝现象等，获取轴力和剪力以及弯矩承受的抗力，进而和补强加固桥墩荷载要求相符合。

3、异形墩柱悬挑结构加固施工方式

结合有限元分析结果获取补强加固的桥墩可以和基本荷载要求相一致，本文对异形桥墩加固阶段进行了重点论述。

3.1异型桥墩顶升卸荷

当前，将临时支撑设置到人行桥B02支点两侧位置处，支撑钢筋顶部布置千斤顶，人行桥左右两侧对称呈现出对称布置，借助千斤顶顶升卸载桥梁。其中，顶升力大约是4000kN，顶升位移控制是1mm，呈现竖直向上分布，千斤顶进行均匀连续加载，顶升力施加分为三级，具体表现为以下几点。第一级是2000kN，第二级为3000kN、第三级则是4000kN，平均每一级的顶升荷载大约为三分钟左右，在进行荷载持荷期间，需要加强对桥墩裂缝的重视程度，使用双控方式，控制好具体的顶升力，大约为≤4000kN，最大顶升位移则是≤1mm。

图三 千斤顶安装图

3.2悬挑结构补强施工方式

在加固施工操作期间，混凝土增厚结构涉及到两方面，分别是侧面加厚，具体表现为桥墩侧面和张拉以及锚固端侧面，一共包含了四面。处于该项范围中对混凝土进行加厚的实质性目的是为了避免结构外表产生变化，并且全面保护和锚固体外预应力以及增加的钢筋。因为墩顶混凝土开裂期间裂纹非常多，并且经常处于应力集中和受力不均衡的领域内，因此需要适当的松散该处，全面凿除不密实混凝土，增焊补强钢筋，增强结构承载性能。

其一，加固侧面钢筋。在侧面中对混凝土进行加厚20cm，实施该项领域混凝土的表面凿毛工作，为了增强新旧混凝土的粘结性能，可是采取钢丝刷以及喷砂方式将表面浮层污物有效清除。在植筋期间，使用长度为16mm的螺纹螺杆，保持合理的植筋深度，控制好植筋之间间距，对于植筋位置来讲，应当依照预应力设计情况，和预应力钢筋以及钢锚板等领域保持一定距离。

其二，对顶部钢筋进行加固。在墩顶开裂区域加固期间，一般是以补强钢筋为主，相关措施表现为将墩顶开裂和松散以及受损区域内包含的混凝土进行全面凿除，在控制深度期间，需要超出表层主筋截面的一半左右，有效清理混凝土表面残渣，均匀涂抹界面剂，相关人员遵循相关焊接原则，比如对圆弧段进行焊接，然后对两侧直线段进行焊接，保持焊缝的饱满性，以此避免对受力钢筋造成不良影响，明确了预应力钢筋安装定位以后再对侧面U钢筋进行有效安装。

其三，固定钢板，安装预应力波纹管。对于墩柱结构加固来讲，主要是应用大块组合定型钢模板，遵循设计断面要求确定加工尺寸，在加工的前期阶段中，结合混凝土入模速度以及载荷现象进行合理计算，增强模板刚度性能。加固钢板和预应力波纹管安装施工程序体现为：处理粘钢区域的硂凿毛表面，对直螺栓进行钻孔操作，打孔粘贴钢板，装设钢板和预应力波纹管，封边处理，灌注胶。

图四 加固钢板和预应力波纹管安装

其四，安装弧形模板。对于悬挑处模板来讲，主要是应用木模板增强加固处的弧度控制，安装完木模板以后，使用不锈钢模板形成在弧形形态，内侧利用不锈钢板的可塑造性能，对该项不锈钢板实施弧形位置处理，不锈钢板通常是应用直钉固定于普通木模板表面，从而保障整体牢固性。

其五，浇筑混凝土。在B02桥墩加固段中扩大截面方面，可以应用混凝土实施相关浇筑工作。首先，浇筑的前期阶段中，做好原结构的凿毛清理工作，将混凝土表面的浮块、碎渣以及粉末等进行全面清除，使用压力水加以清洗，完成清洗工作以后，和原混凝土接头位置涂抹水泥净浆。为了进一步增强新旧混凝土之间的粘结程度，需要适当的强化结合面抗剪能力，将直径为10mm的短钢筋埋设到在结合面小坑中。最后，进行硂浇捣，完成灌浆料浇筑四个小时以后实施养护操作，适当的进行洒水，保持表面湿润度。

其六，对异形墩柱体外预应力实施加固操作。在金属波纹管预应力内，应用真空辅助压浆工艺，预应力钢筋张拉以双控为主，引伸量为辅，同时对张拉端和锚固段侧面应力现象进行动态性监督，一旦出现异常现象以后，必须马上停止张拉操作。

4、结语：

以上所述，使用预埋预应力筋加固方式能够降低裂缝出现，和桥梁承载力需求相符合，在补强钢筋以及预埋预应力筋的基础上达到桥梁墩柱加固的目的。

参考文献：

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