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論橋梁體外預應力加固技術(shù)的應用
發(fā)布時(shí)間:2014-12-03
  摘要:在經(jīng)濟建設和科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速的當下,預應力技術(shù)在橋梁施工中的應用越來(lái)越廣泛,但是由于預應力張拉施工工藝復雜,專(zhuān)業(yè)性較強,在實(shí)際施工中出現許多質(zhì)量問(wèn)題。本文結合工程實(shí)例,主要闡述預應力技術(shù)在橋梁施工中的應用,介紹了其在工程應用中的優(yōu)缺點(diǎn),以供參考借鑒。
  關(guān)鍵詞:橋梁加固;施工技術(shù);預應力;設計
  1 引言
  體外預應力筋布置在截面外,孔道防腐材料灌注質(zhì)量容易檢查,防腐質(zhì)量可以得到保證,避免了體內布筋時(shí)腹板中由于波紋管較密,腹板不易振實(shí)的缺點(diǎn),質(zhì)量容易保證?呻S時(shí)檢查力筋狀態(tài),補拉應力損失,甚至替換失效鋼束,可以全梁加固,也可局部加固。它不僅可以用來(lái)改善梁的受彎性能,還可以用來(lái)改善構件抗剪性能。因此,體外預應力技術(shù)是一種高效、經(jīng)濟且施工方便的結構形式,具有極大的發(fā)展前景。
  2 預應力加固橋梁施工技術(shù)案例
  2.1 連續箱梁橋
  2.1.1 工程概況
  某跨線(xiàn)橋全橋長(cháng)748.4m,分為左右幅,每幅25跨4聯(lián),跨徑組合為:左幅(29.88m+7×29.87m)+(20.63m+4×29.87m)+(6×29.87m)+(3×29.87m+29.88m+29.88m+29.91m);右幅(30.12m+5×30.13m)+(6×30.13m)+(20.81m+6×30.13m)+(4×30.13m+30.12m+30.11m),標準跨為30m,上部結構采用部分預應力混凝土連續箱梁,為雙幅單箱單室。橋梁下部結構為獨柱與雙柱式橋墩,鉆孔灌注樁基礎,橋臺為肋板埋置式橋臺,伸縮縫在中墩處采用SSF-160B型橡膠伸縮縫,橋臺采用ABOSD-125橡膠伸縮縫。該橋設計荷載為:汽-超20級,掛-120級。
  2.1.2 加固前主要病害
  1)主要病害為橋梁體跨中、以及橋墩頂部位出現豎向裂縫,并且還有個(gè)別的墩頂附近會(huì )出現斜向裂縫。
  2)梁體局部有露筋、銹蝕等現象;梁體有局部破損及劃痕。
  3)箱梁底板1/4跨—3/4跨橫向裂縫與腹板豎向貫通裂縫有明顯的發(fā)展,數量增加、寬度及長(cháng)度增大,為“L”、“U”形裂縫。
  4)箱梁內部頂板也出現多條縱向裂縫與網(wǎng)裂。
  2.1.3 病害原因分析
  造成上述病害的主要原因主要是交通量過(guò)大、超載車(chē)多,使橋梁長(cháng)期處于超負荷工作狀態(tài),結構承載能力不夠;其次,原設計承載力對目前交通量的發(fā)展估計不足。
  2.1.4 體外索加固設計要點(diǎn)
  1)箱梁腹板兩側加厚并設置小股預應力束N1(7φs15.2)、N2(5φs15.2),邊跨箱梁內腹板增設N3(7φs15.2)束,以提高正彎矩區極限承載能力,增加結構預應力度,具體布置如圖1所示。
  圖1 腹板加厚并設置小股預應力束布置圖(cm)
  2)箱梁墩頂區橋面鋪裝層內設置小股預應力束(2φs15.2),以提高墩頂負彎矩區的抗彎承載能力及壓應力儲備,具體布置如圖2、3所示。
  圖2 負彎矩區預應力橫斷面圖(cm)
  圖3 負彎矩區預應力縱斷面圖(cm)
  2.1.5 體外預應力索加固效果
  荷載試驗結果表明,試驗效率系數滿(mǎn)足規范規定要求,試驗結果可用于評定;結構在卸載后基本能夠恢復變形,相對殘余變形和相對殘余應變均小于20%,滿(mǎn)足規范要求,說(shuō)明加固后結構處于彈性工作狀態(tài);通過(guò)加固前后對比分析,說(shuō)明結構剛度有明顯提高。
  通過(guò)試驗結果分析,腹板兩側張拉預應力鋼束后,跨中截面的應力狀況有明顯改善;墩頂張拉預應力鋼束后,墩頂截面應變有較明顯的改善,截面應力狀況得到較大改善。
  2.2 T型剛構橋
  2.2.1 工程概況
  某大橋橋梁為混凝土T梁橋,總長(cháng)2024.321m,橋寬14.84m,橋跨組合為:10×16m+3×30m+(55m+80m+55m)+23×30m+(65m+2×100m+65m)+10×30m+16×16m。加固工程主要對該大橋兩處T構進(jìn)行維修加固:(55m+80m+55m)雙T構帶掛梁;(65m+2×100m+65m)三T構帶掛梁。
  2.2.2 加固前主要病害
  1)T構箱梁內部腹板均有斜裂縫,裂縫距離懸臂端2.5~13m,縫寬在0.2mm左右,其中80mT構腹板斜裂縫寬度達到0.25mm,均屬受力裂縫;
  2)T構箱梁內部頂板存在大量繼續開(kāi)展、寬度在0.15mm左右的縱向裂縫,分布密度大,且有新裂縫發(fā)展;
  3)100m跨T構箱梁內部靠近端橫隔板6m處腹板有3個(gè)錨頭外露銹蝕,27號墩南側T構箱梁右室頂板有一處鋼絞線(xiàn)外露銹蝕;
  4)41、42號T構橋端船撞后混凝土破損面積較大,42號T構有露筋及穿孔現象;
  5)T構箱梁懸臂端有較為明顯下?lián)献冃巍?
  2.2.3 加固設計要點(diǎn)
  為了提高該大橋主跨T構的剛度及承載能力,在一定程度上改善箱梁應力狀態(tài),需在箱梁內部增設預應力鋼束(12φs15.2),每個(gè)T構4根預應力鋼束(見(jiàn)圖4、5),張拉端均位于兩端牛腿錨固端。轉向處新增橫隔墻和縱梁,牛腿錨固端均采用C50混凝土。
  預應力錨具采用OVM15-12型,鋼絞線(xiàn)采用標準強度1860MPa。
  圖4 T構預應力束布置圖(m)
  圖5 斷面圖
  T構加固目標:維持橋梁原荷載標準的前提下恢復橋梁承載力,維持橋梁外形和結構體系不變。主要通過(guò)兩方面措施來(lái)實(shí)現:
  1)采用粘貼鋼板碳纖維布加固方法,對局部構件承載力加強;
  2)通過(guò)在T構箱內增加體外預應力束來(lái)改善線(xiàn)性和提高承載力、減少撓度。
 2.2.4 體外預應力索加固效果
  1)靜載試驗結論:偏載情況下跨中截面最大正彎矩靜力荷載試驗效率為0.98,墩頂截面試驗效率為1.0,滿(mǎn)足規范要求;跨中截面、墩頂截面應變校驗系數分別為0.79和0.76,介于規定常值范圍(0.75~1.05),截面強度滿(mǎn)足要求;跨中截面實(shí)測彈性撓度最大數值為11.07mm<規范要求(50mm),剛度滿(mǎn)足要求。
  2)動(dòng)載試驗結論:脈動(dòng)試驗測出結構固有頻率值較理論計算值大,且各階振型與有限元計算結果吻合較好,橋梁整體剛度滿(mǎn)足要求;橋梁平均阻尼比為3.0%,無(wú)障礙行車(chē)試驗不同行車(chē)速度下?lián)蟿?dòng)對應的動(dòng)力系數為1.048,小于設計值1.075。
  該大橋主跨加固完成后,橋跨結構工作狀態(tài)良好,承載能力滿(mǎn)足設計荷載標準(汽車(chē)-20,掛車(chē)-100)的要求,該次加固施工實(shí)現了加固設計意圖,達到理想的加固效果。
  3 分析
  橋梁體外索加固技術(shù)在橋梁加固施工中應用比較廣泛,在確保結構的正常安全營(yíng)運同時(shí)取得了良好的經(jīng)濟和社會(huì )效益。
  通過(guò)進(jìn)行現場(chǎng)實(shí)際施工,對比以往常規加固方法,增設體外預應力加固法有如下優(yōu)缺點(diǎn):
  3.1 優(yōu)點(diǎn)
  1)錨固構件尺寸小,自身質(zhì)量增加少;
  2)增加荷載效果明顯;
  3)對橋梁損傷小,施工完成后不影響橋下凈空;
  4)預應力布置方式可以根據橋型和病害情況而靈活選擇;
  5)增設的預應力索可以安裝索力監測器,及時(shí)掌控應力變化,了解結構受力情況。
  3.2 缺點(diǎn)
  1)錨固及轉向區域局部應力較大,易產(chǎn)生應力集中,局部應力大,需嚴格控制該位置施工質(zhì)量;
  2)體外索張拉力噸位較小,不能充分發(fā)揮體外索強度高的優(yōu)點(diǎn),對錨具及夾片的要求很高;
  3)預應力筋和橋梁結構自身的變形不同步,易造成預應力損失。
  如何在以后的施工和設計中發(fā)揮體外預應力加固方法的優(yōu)點(diǎn)、克服其缺點(diǎn),找到其最佳結合點(diǎn)是今后一個(gè)重要研究方向。
  4 結語(yǔ)
  總之,體外預應力加固技術(shù)不但能提高舊橋抗彎、抗剪承載能力,還可以節省鋼筋,減少管道摩阻損失,具有其他結構形式所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)相關(guān)理論的不斷完善、技術(shù)體系的發(fā)展,體外預應力技術(shù)將有更大的發(fā)展前景。
  參考文獻:
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