体外预应力法加固预应力混凝土T梁

侯菊芳

(江西交通职业技术学院，江西南昌 330013)

体外预应力法加固预应力混凝土T梁

侯菊芳

(江西交通职业技术学院，江西南昌 330013)

针对桥梁病害现象，介绍了应用体外预应力法加固预应力混凝土T梁的方法，并从加固前和加固后两方面分析比较了其加固效果，总结了加固施工中的注意事项，满足T梁主拉应力的规范要求。

预应力钢束，横隔板，齿板，加固

1 桥梁概况及检测现状

1．1 桥梁简况

某二级公路改建工程于2008年底建成通车，位于该公路设计里程K10+895有一座跨径为5-50 m的预应力混凝土简支T梁桥。设计荷载为公路—Ⅱ级，设计洪水频率为1/100。

该桥桥面宽度净9 m+2×0．5 m，上部结构主梁采用预制预应力混凝土简支T梁，预制梁顶板宽度1．5 m，梁顶横坡为1．5%，T梁高度为2．7 m，高跨比为1/18．52，悬臂端部厚度20 cm，根部厚度为28 cm。跨中腹板厚度20 cm，支点附近腹板厚度45 cm，腹板变化段长度为2．5 m，每跨T梁设置5道横隔板，分别设在两支点、1/4跨、跨中、3/4跨处。下部结构为空心薄壁墩，桩柱式台，钻孔灌注桩基础。

1．2 桥梁病害

2010年对大桥进行了检测，由检测报告可知，T梁主要病害为：

1)全桥5跨T梁共出现24条裂缝，大部分裂缝出现在跨中下缘位置，为竖向裂缝，个别裂缝贯通马蹄呈现出U形，竖向裂缝均呈现出上窄下宽的形态，车辆通过时有明显的开合现象，裂缝宽度为0．02 mm～0．11 mm，裂缝长度为20 cm ～125 cm;部分裂缝为纵向水平裂缝，主要分布在马蹄的两垂直侧面，裂缝宽度为0．03 mm～0．10 mm，裂缝长度为120 cm ～920 cm;竖向及纵向水平裂缝深度为38 mm～52 mm。

2)横隔板多处有混凝土碎裂、机械损伤、错位(3处)、未浇实及脱空现象。

3)现浇湿接缝多处跑模(5处)、外鼓及振捣不实。

4)T梁保护层厚度偏薄，50%的保护层厚度小于设计值。

2 加固设计

经过对原结构T梁计算分析，中梁及边梁在承载能力极限状态下抗弯承载能力不满足规范要求，在设计荷载作用下，中梁跨中抗弯强度较设计极限弯矩小13%，边梁跨中抗弯强度较设计极限弯矩小15%，说明T梁的抗弯承载能力严重不足，边梁距梁端4 m～7 m的范围抗剪强度较设计极限剪力小2%，不能满足规范要求;在正常使用极限状态下，边梁下缘主拉应力超限，不满足规范要求;使用阶段裂缝宽度验算中，边梁裂缝宽度不满足规范要求;从桥梁检测报告中的静载实验结果可以看出，桥梁存在横向联系偏弱，横向传力不理想及加载时T梁产生侧向变形等现象。为确保该大桥的安全运营及耐久性，须处治上部结构T梁病害，并进行加固处理。

2．1 增设体外纵向预应力钢束

预应力束对称布置在每片T梁腹板两侧，两端分别锚固于梁端新增齿板上。每片T梁布置2根3-Φs15．24 mm(上排)和2根4-Φs15．24 mm(下排)的体外无粘结预应力钢绞线，腹板每侧分别布置2根钢束，分上下两排，每侧钢束通过四个转向块进行竖向弯转，上排钢束弯转角度为7°，下排钢束弯转角度为6°，钢束在新增齿板内通过预埋钢管进行水平弯转，弯转角度为2．862°。竖向转向块左右两侧通过转向块锚固钢板外包T梁马蹄成为一个整体;每片T梁在跨中设置一道定位及减振锚卡，新增齿板与转向块之间的钢束直线段设置一道定位及减振锚卡，预应力钢束采用两端对称张拉，锚下控制应力为1 116 MPa。钢束布置见图1。

图1 体外预应力钢束立面布置图

2．2 上部结构T梁间增设横隔板

由检测报告并结合原桥的计算分析结果，原结构横向联系偏弱，在荷载作用下不能很好的对荷载进行横向分配，在加载情况下梁体有侧向位移产生，为加强上部结构的整体性，提高横向刚度，采用在桥跨T梁间增设横隔板的办法来解决横向联系弱的问题，每跨增设4道横隔板，横隔板厚度为20 cm。

2．3 常规病害修复措施

1)裂缝：裂缝宽度不小于0．15 mm的结构受力裂缝采用压浆法进行修补;非结构受力裂缝和宽度小于0．15 mm的裂缝采用封闭法进行修补。

2)混凝土局部破损：清理破损区域，露出坚实界面，用改性聚合物水泥砂浆修补。

3)露筋锈蚀：清理露筋区域，对钢筋除锈，用改性聚合物水泥砂浆修补，在修补范围及周边涂刷渗透型阻锈剂(抗渗剂)。

3 加固效果理论分析

3．1 T梁加固前、后验算分析比较

对T梁加固前、后的应力、承载能力及变形情况进行验算比较，主要计算结果见表1～表3。

3．2 新增齿板及转向块局部分析

体外预应力新增齿板锚下混凝土局部抗压承载力、抗剪承载力、抗拉承载力验算，转向块抗剪及齿板处局部应力分析见表4～表7。

对T梁新增齿板锚固区进行局部分析，计算模型采用实体单元建立，如图2所示。

表1 正常使用极限状态抗裂性及持久状况应力验算对比表MPa

表2 承载能力极限状态验算对比表

表3 T梁抗裂验算对比表

表4 新增齿板锚下局部抗压承载力验算表 kN

表5 新增齿板抗剪承载力验算表 kN

表6 新增齿板平弯钢束处抗拉承载力验算表 kN·m

表7 转向块抗剪承载力验算表 kN

将体外预应力作为面荷载施加在T梁新增齿板锚垫板区域，锚固区纵向正应力的分布云图如图2所示。计算结果表明，体外预应力张拉后，原结构在新增齿板附近混凝土最大纵向正拉应力为1．28 MPa，在产生拉应力区域由于原结构有足够的压应力储备，实际张拉后该区域处于受压状态。

3．3 T梁验算结论

加固后，T梁结构受力状态得到改善，具体体现在以下几个方面：

1)加固后T梁主拉应力满足规范要求;2)T梁跨中抗弯承载能力满足规范要求中梁Mu/Mj=1．07，边梁Mu/Mj=1．08;3)T梁最不利截面的抗剪承载能力满足规范要求，中梁Qu/Qj=1．10，边梁Qu/Qj=1．03;4)加固后T梁为全预应力构件;5)新增齿板锚下混凝土局部抗压承载力、抗剪承载力、抗拉承载力均满足规范要求，齿板附近混凝土拉应力较小，转向块抗剪能力满足规范要求。

图2 T梁体外预应力锚固区应力云图

4 结语

由于本公路为重要的能源运输通道，交通量大，超载车辆多，本次加固设计中，由于梁体自重增加，应对下部结构进行验算。

按公路—Ⅱ级荷载进行加固后下部结构验算，结论如下：

桥墩盖梁抗弯、抗剪承载能力满足规范要求，最大计算裂缝宽度满足规范要求;桥台台帽抗弯、抗剪承载能力满足规范要求，最大计算裂缝宽度满足规范要求;墩、台桩基竖向承载能力满足规范要求，个别桥台桩基竖向承载能力储备偏低。

本桥为跨越冲沟而设，冲沟深度较大，两岸地势陡峭，且表面土层松软或外露基岩破碎，所以加固不宜采用支架施工。综合考虑施工难易程度，经济及安全等方面因素，建议采用搭设吊架的方法进行施工;吊架采用吊杆，承重横梁及保持整体稳定性的纵向联系形成主体承重结构，用木板搭设施工操作平台，两侧设置防落网，吊杆上端与种植在梁体的钢筋连接，种植于梁体的钢筋应对称设置在T梁两侧。

在施工时要注意以下问题：

1)新增齿板及横隔板在梁体对应位置植筋钻孔前，应针对情况类似的构件进行试验性钻孔，对所采用的器具、钻孔方法验证后方可进行正式钻孔，以免对结构造成不必要的损伤。2)预应力钢束钢制转向块及锚卡，应根据环境情况及防腐材料性能的要求，对钢构件每隔5年～8年进行一次养护维修，重新涂装防腐材料，以保证其耐久性及使用寿命。3)建议在张拉体外预应力期间对梁体的应力变化情况及位移进行监控，确保施工安全。

［1］JTG/T J22-2008，公路桥梁加固设计规范［S］．

［2］JTGD 62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范［S］．

［3］JTGD 60-2004，公路桥涵设计通用规范［S］．

On consolidation of prestressed concerte T beam with external prestressing strengthening method

HOU Ju-fang

(Jiangxi Communications Vocational and Technical College，Nanchang 330013，China)

According to the diseases on bridges，the paper introduces the application of the external prestressing strengthening method to consolidate the prestressed concrete T beam，compares its consolidation effect before and after the consolidation，and sums up the precautions in the consolidation construction，so as to enhance the regulation demands for the principal tensile stress of T beam．

prestressed cable，diaphragm plate，toothed plate，consolidation

TU746．3

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.077

1009-6825(2013)10-0026-02

2013-01-29

侯菊芳(1976-)，女，工程硕士，副教授