佳木斯大桥体外预应力加固设计

程纪敏，张喜军

(黑龙江省哈伊高速公路管理处)

1 桥面铺装加厚后T构承载力验算

为确定所施加的体外预应力，需要对桥面系改造前后桥梁结构的应力进行计算。计算采用桥梁博士(Ver 3.1)进行。桥面铺装层为8 cm混凝土垫层，桥面找平层为沥青混凝土，其厚度为牛腿处找平层厚度10 cm，在墩顶及挂梁的跨中截面找平层厚度为0，其间按抛物线变化。

1.1 按JTG D60-2004规范计算

采用桥梁博士(Ver 3.1)对桥面系改造前后结构的应力进行计算。计算时参数与JTJ 023-85规范完全相同。

(1)截面抗弯强度验算。

表1为各截面的抗弯强度与其承受的最不利极限组合内力的比较。计算截面抗力时，未计入普通钢筋及构造钢筋的影响。计算表明结构在承载能力极限状态时各截面的抗弯强度满足要求。

表1 组合I截面强度验算

(2)正常使用极限状态应力计算。

表2～表5分别为正常使用极限状态标准效应组合、长期效应组合和短期效应组合作用下，各截面的正应力和最大主应力计算结果。

表2 正常使用极限状态标准效应组合应力计算 MPa

续表2

表3 正常使用极限状态长期效应组合应力计算 MPa

表4 正常使用极限状态短期效应组合应力计算 MPa

由表3可见，在正常使用极限状态标准效应组合作用下，各控制截面上、下缘压应力的最大值为12.6 MPa，小于规范允许值13.4 MPa;最大主压应力为12.6 MPa，小于规范允许值16.1 MPa，满足规范的要求。

由表4可见，在正常使用极限状态长期效应组合作用下，各控制截面上、下缘均未出现拉应力;最大主拉应力为-0.67 MPa，小于规范允许值，满足规范的要求。

由表5可见，在正常使用极限状态短期效应组合作用下，各控制截面上、下缘均未出现拉应力;最大主拉应力为-1.14 MPa，小于规范允许值1.44 MPa(0.6ftk)，满足规范要求。但T构根部截面上缘压应力储备较小，为1.91 MPa;从牛腿到6号块各截面上缘的压应力储备均小于2.0 MPa。

1.2 120 mT构悬臂梁结构计算结论

通过对120 mT构悬臂梁结构的计算，可以得出如下结论。

(1)桥面铺装经过改造后，在正常使用条件下，无论是按照公路JTJ 023-85规范还是按照公路JTG D60-2004规范计算，T构箱梁的各截面均能满足汽车-超50级或公路-I级荷载的使用要求，并且具有一定的强度储备。

(2)虽然从计算结果上，桥面铺装经过改造后能够满足汽车-20级或公路-I级的荷载要求，但由于桥梁已使用了近20年，并产生了一些病害，桥梁的实际承载力有所下降;另外，桥上汽车荷载远大于设计荷载，以及按照公路2004规范计算的墩顶截面上缘压应力储备较小(1.91 MPa)，所以，应当增加一部分体外预应力，以增加桥梁的安全储备，延长其使用寿命。

1.3 减振装置设计

在车辆荷载作用下桥梁结构将产生振动，同时也会引起体外索的振动。若体外索振动过大，将导致索内产生较大的索力变化，这对体外索的抗疲劳性能和锚具的工作性能不利。为防止在车辆荷载作用下体外索产生过大振动，需对体外索采取减振措施。

桥体外索减振装置采用减振横梁配合减振支架的方法，见图1。先在箱梁两腹板之间设置横向的减振横梁，横梁由两根槽钢组成，位于体外索下方并靠紧体外索的护套管，横梁的两端通过锚固钢板固结在箱梁腹板上。减振横梁每隔6 m设置一道。

减振支架由橡胶垫块、半圆形钢套管和钢支架组成。松散的体外束由橡胶垫块和两个半圆形钢套管收紧后，通过钢支架固定在减振横梁上。减振横梁上方的护套管需要剥除。

为使各体外束在护套管内更紧密地结合成为整体，在护套管内设置了体外束收紧装置，如图2。收紧装置由橡胶垫和外面的收紧钢板组成，每隔3 m设置一道。

图1 体外索减振装置构造图

图2 体外束收紧装置

2 结论

分别采用新旧规范对佳木斯公路大桥加固前、后的极限承载能力状态及正常使用极限状态进行了验算。根据验算的结果，制定了体外预应力加固的设计方案，采用实体单元对锚固横梁进行了空间分析，确定了锚固横梁的构造形式和尺寸。最后，对体外索的减振装置进行了设计。

[1]张劲泉，任宏伟.桥梁的检查与评定技术.全国公路桥梁养护管理技术交流会文集[M］.北京:中国建筑出版社，2002，70-88.

[2]罗娜.桥梁工程概论[M］.北京:人民交通出版社，2006:93-156.

[3]公路桥涵养护规范(JTG H11-2004)[S］.北京:人民交通出版社，42～56.