体外预应力在加固简支T梁桥中的应用

2010-08-21强联华

山西建筑 2010年18期

强联华

近些年来,随着煤炭市场的兴起,交通运输业迅速发展,大吨位车辆不断增加,省内高速公路出现的三类以上桥梁不断增多。简支体系的桥梁在这些出现病害的桥梁中占据了相当大的比例,而体外预应力作为一种有效的加固方法在加固简支体系桥梁中得到了广泛的应用。体外预应力加固方法有效地解决了目前其他加固方法无法解决的后加补强材料应力滞后的问题,体外预应力索主动受力,充分发挥了补强材料的抗拉性能,能够积极分担原梁承受的恒载,有效地提高了桥梁的承载能力。

1 桥梁概况

该桥上部结构为6×25 m装配式预应力混凝土T形组合梁,T梁梁高1.6 m,半幅桥断面由6片T梁组成,设跨中和梁端三道横隔板。该桥采用简支梁桥面板连续结构,主梁按预应力结构设计,在荷载组合(汽车+恒载)作用下按部分预应力混凝土A类构件设计,其他荷载组合作用下按部分预应力混凝土B类构件设计,并以0.15 mm的裂缝限制值进行配筋和截面强度验算。原桥设计荷载:汽—超20级;验算荷载:挂—120。养护单位在桥梁检测中发现,该桥T梁腹板跨中处存在左、右两侧对称的竖向裂缝,裂缝最宽达0.35 mm。初步判定,该桥的承载能力已经削弱,影响到今后桥梁的安全运营。

2 结构分析计算

2.1 原桥计算分析

原桥在计算时,对原桥混凝土强度进行了折减,并对原梁预应力钢筋损失进行了估算,估算标准是在活载采用汽车—超20级荷载,梁底出现0.2 mm裂缝进行估算分析。估算结果为:边梁两端张拉预应力束有效预应力值768.5 MPa,即预应力损失值为预应力钢束张拉应力的44.9%。次边梁及中梁两端张拉预应力束有效预应力值773.8 MPa,即预应力损失值为预应力钢束张拉应力的44.5%。经计算得:原桥承载力满足受力要求。在预应力损失后,原桥梁跨中梁底出现超过规范限值的裂缝,桥梁正常使用状态不满足规范要求。

汽车荷载按原设计标准的汽车—超20级进行加载,并考虑预应力损失对原桥进行受力分析,分离出的单元为跨中单元。由于主梁配筋不同,此次计算结果分析了边梁和次边梁。原桥边梁及次边梁计算结果见表1,表2。

2.2 T梁桥加固后计算

针对原桥的病害采用了体外预应力的加固方法,在每片T梁两侧各加2根 GB/T 5224-2003标准的φ 15.2无粘结钢绞线,采用两端张拉,张拉控制应力为1 116 MPa。验算时汽车荷载采用公路Ⅰ级进行加载,边梁原有钢束有效预应力为750 MPa(扣除混凝土弹性压缩损失),次边梁及中梁钢束有效预应力为755.8 MPa(扣除混凝土弹性压缩损失)。

表1 边梁计算结果

表2 原桥次边梁计算结果

表3 加固后边梁计算结果

由于主梁配筋不同,此次计算结果分析了边梁和次边梁。经计算分析,采用体外预应力加固后桥梁承载力满足受力要求,与加固前相比承载力提高了9%,承载力储备加大。加固后桥梁为预应力混凝土A类构件,跨中梁底为压应力,正常使用状态满足规范要求。加固后桥梁边梁及次边梁计算结果见表3,表4。

此次计算分析了桥梁在梁体自重荷载作用下,在跨中梁顶产生了8.8 MPa的压应力值,预应力荷载(预应力荷载没有估算损失的情况)作用下,在跨中梁顶产生了5.3 MPa的拉应力,即梁顶不会出现拉应力,全截面受压。

表4 加固后次边梁计算结果

3 施工要点

1)按照设计图纸确定齿板、转向防护钢板和定位钢板的位置,凿除齿板位置1 cm的T梁混凝土保护层,并对凿出面进行清洁。2)严格按照设计图纸加工钢齿板、转向装置和定位装置。钢构件与原梁的连接采用结构胶加高强对拉螺栓锚固。3)进行齿板、转向防护钢板和定位装置的试安装,并确定对拉螺栓的位置,然后进行钻孔和清孔工作。钻孔完毕要尽快进行下一道工序,防止钻孔后梁体在长时间汽车荷载作用下产生破坏。4)安装齿板、转向防护钢板和定位装置钢板,并进行精确定位。在对钢板进行高强螺栓对拉时,对拉螺栓要加结构胶并穿过梁体。对钢板进行紧固时,螺母后加垫方形斜垫,要保证紧固螺母完全贴实钢板。5)对钢绞线进行下料,然后去除张拉锚固区的钢绞线护套,并清洗干净。6)安装预应力钢束和预应力锚具。锚具要求采用有防松装置的锚具。预应力钢束应外包PE套管,并沿桥纵向每隔1.5 m将PE管与梁体进行稳固连接。待粘贴齿板和转向防护钢板的粘钢胶完全凝固后,张拉钢绞线。控制应力σk=1 116 MPa,初张拉应力0.1σk=111.6 MPa。预应力张拉均要求采用伸长量与张拉力进行双控,以张拉力为准。7)张拉完毕,切除多余钢绞线,加盖锚具防护罩,并通过注油槽注入黄油,防止锚具及钢筋锈蚀。8)对齿板、转向装置和定位装置进行防锈处理。

防锈措施为齿板、转向装置和定位装置的外露钢板在安装前应打磨并涂刷两遍红丹,在预应力钢束张拉完成后,安装防护外罩并注入黄油,并对所有外露钢板再涂刷两遍防锈面漆。