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预应力混凝土空心板桥加固设计

2011-11-05乐荣彪

山西建筑 2011年36期
关键词:检算粘贴预应力

乐荣彪

1 工程概况

某装配式先张法预应力混凝土空心板桥,跨径组合为2×20 m,两幅路整体式设计,单幅桥宽度15.75 m,由15块板组成,桥梁横断面如图1所示。板高0.80 m,采用C50混凝土,中板宽1 m,边板宽1.25 m(悬臂0.25 m),整体化现浇层厚15 cm,沥青铺装层厚5 cm,预应力钢束均采用16φs12.7。设计荷载为汽车—超20,挂—120。

本桥2005年建成通车,主体结构无明显病害。但由于近年来交通量增长较快,故主管部门要求对原桥荷载设计等级按现行规范荷载等级公路—Ⅰ级进行安全检算。

2 原桥检算

表1 原截面承载能力极限状态正截面强度验算(中板)

原桥上部结构按部分预应力A类构件设计,现对其进行安全性检算,将预应力混凝土空心板离散为22个梁单元,结构模型见图2。

桥面沥青铺装层厚9 cm,检算时,现浇层15 cm参与受力。

在对原桥进行结构安全验算后发现,桥梁上部的长期效应组合及短期效应组合应力均满足现行规范要求,但1/4L~3/4L截面的极限承载力不满足规范要求,需予以补强、加固。

从表1及图3可以看出,最大计算弯矩Mj=2 040 kN·m,而截面极限承载力只有1 770 kN,1/4L~3/4L截面的极限承载力不满足规范要求。

3 加固方案

对于承载能力不能满足规范要求的情况,结合本桥实际情况,提出了以下三种方案:

1)拆除原桥上部板块,重新按现行规范设计,以满足规范要求,保证行车安全;

2)拆除原桥桥面铺装,在板顶设置叠合梁,改变板中和轴位置,以此提高板块的承载能力;

3)在板底粘贴钢板,以提高板的承载能力。

方案比较:拆除原桥上部,更换桥面系,能很好地保证桥梁的安全性及耐久性,但中断交通时间太长,造价高,社会负面影响大;在桥面设置叠合梁,具有中断交通时间短,造价低的优点,但提高桥梁的承载能力有限,安全储备不足;在梁底粘贴钢板的加固方案,可以根据需要,计算钢板的厚度及宽度,不但可以保证桥梁的安全性及耐久性,而且具有工期短,造价省的优点。

故本桥采用粘贴钢板加固法来提高空心板的承载力。

4 加固设计

本桥在加固设计的承载力计算时,不考虑受压区钢筋的作用。中板、边板预应力钢筋采用16φs12.7的钢绞线,钢束总面积Ap=16 ×98.7=1 579.2 mm2,抗拉设计强度 fpd=1 260 MPa,粘贴钢板等级为Q345,抗拉设计强度fsn=280 MPa,C50的抗压强度设计值 fcd=22.4 MPa。

最大计算弯矩设计值,中板为Mj=2 040 kN·m,边板为Mj=2 300 kN·m。

将空心板简化为工形截面,见图4,图5。

下面以中板为例,介绍一下本桥的加固设计。

加固措施:拟在梁底粘贴两条210 mm宽,4 mm厚的Q345级钢板,粘贴钢板面积Asn=2×210×4=1 680 mm2。首先,判别受压区是否考虑腹板作用:

fcdbfhf=22.4×1 000×(70+150)=4 928 000 N。fpdAp+fsnAsn=1 260×1 579.2+280×1 680=2 460 192 N。由于满足:fcdbfhf>fpdAp+fsnAsn条件,应按梁宽bf=1 000 mm的矩形截面计算,即不考虑腹板作用。

截面加固后,板高为800+150=950 mm,预应力筋合力点距板底的距离ap=45 mm,粘贴钢板合力点距梁底距离asn=4/2=2 mm,则所有拉筋合力点距梁底的距离为:

a=(fpdApap+fsnAsnasn)/(fpdAp+fsnAsn)=(1 260 ×1 579.2 ×45+280×1 680×2)/(1 260×1 579.2+280×1 680)=36.8 mm。

截面有效高度:h0=950 -36.8=913.2 mm。

由于截面受拉区有预应力筋,根据“公桥规JTG D62-2004”第5.2.1条,截面相对界限受压区高度 ξb=0.4,按以下公式可解得截面受压区高度x:

fcdbfx=fpdAp+fsnAsn。

解上式得:x=(fpdAp+fsnAsn)/fcdbf=(1 260×1 579.2+280×1 680)/(22.4 ×1 000)=109.8 mm <ξbh0=0.4 ×913.2=365.3 mm。

正截面抗弯承载力为:

fcdbfx(h0-x/2)=22.4 ×1 000 ×109.8 × (913.2 -109.8/2)=2 111×106N·mm=2 111 kN·m>Mj=2 040 kN·m。满足规范要求。

极限承载能力——最大抗力及其对应的内力见图6。

5 结语

本桥加固设计说明,对结构的加固,必须从实际出发,具体情况具体分析,才能保证加固的有效性和可靠性。通过本桥加固案例,希望对其他桥梁的加固工程有所借鉴。

[1] JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范[S].

[2] JTG/T J22-2008,公路桥梁加固设计规范[S].

[3] 单成林.旧桥加固设计原理及计算示例[M].北京:人民交通出版社,2007:2.

[4] 吴建鑫,周 超,邢佳鹏.论旧桥加固方案设计[J].山西建筑,2010,36(7):322-323.

[5] 申红军.20 m T异型组合梁桥加固设计与施工[J].山西建筑,2011,37(7):154-155.

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