体外张拉技术在简支T梁中的应用

王进维

(山西众远交通建设工程技术咨询有限公司，山西太原 030000)

1 概述

目前我国存有大量的普通混凝土简支梁，这种T梁大多为20年前施工的桥梁，现在多数存在一些病害，位于阳曲县黄寨附近的新阳大桥就是一座典型的简支T梁，桥梁全长144.24 m，桥梁上部结构为20 m装配式混凝土简支T梁，梁高1.5 m，混凝土为30 MPa，桥面铺装8 cm混凝土+4 cm沥青混凝土，桥面净宽9 m，两边有1.5 m的人行横道，当年设计荷载汽车—20级，挂车—100级，抗震设计烈度8度，设计洪水频率1%。近些年由于车流量的增加，大车吨位的增大，为满足通行实际情况，对原设计等级提高到公路—Ⅰ级。

2 病害情况

经过20多年的运营，该桥面铺装多处破坏，形成水坑，栏杆及附属结构也有损坏。湿接缝处有的地方出现渗水，侵蚀严重，有的混凝土剥落，部分地方露筋，T梁边板有渗水现象，横隔板有混凝土剥落和露筋记录。经过对该桥进行加载检测，各断面的应力、应变及挠度符合要求，满足原设计荷载等级要求。对T梁进行观察，梁腹板有大量的竖向裂缝，裂缝分布于各梁板L/8～7L/8之间，间距40 cm左右，从梁底向上延伸50 cm左右，缝宽在0.05 mm～0.2 mm之间，第四跨1号边梁L/2处有一从梁底延伸至翼缘底部，缝宽0.5 mm的裂缝。

该桥为普通混凝土结构，在车流量大的实际情况下，梁体裂缝超出了设计允许的混凝土开裂范围，梁体承载能力有所下降，如果不进行处理，随着时间的流失，钢筋的腐蚀会进一步加大梁体的损害程度，桥面铺装有坑洞，桥面渗水也对桥梁有一定的影响。

3 处理措施

经研究对本桥处理措施如下:1)原桥面铺装凿除，变为12 cm～18.8 cm，C40，钢纤维防渗混凝土，并铺设双层钢筋网，桥面横坡按原设计采用双面横坡，增加桥面铺装耐久性。2)桥梁原有湿接缝凿除，将钢筋除锈，严重的进行补强，采用C40混凝土进行浇筑。3)梁体缝宽大于0.15 mm的进行灌胶，小于0.15 mm进行封闭，右梁体L/4～3L/4跨径范围内梁体两侧粘贴2层碳纤维布，加强抗剪，左梁体0～L/4，3L/4～L跨径范围内梁体粘贴2层碳纤维布加强抗剪。桥体破损、露筋部位用环氧砂浆进行补修，横隔板进行加固处理。在每片梁的腹板处采用2束共6根的无粘结预应力钢(每侧一束)进行体外预应力加固，提高梁体的抗弯拉能力。4)对原有桥面附属工程进行更换。

4 结构验算

采用平面杆系有限元程序桥梁博士3.0计算，全桥共离散为44个单元，混凝土采用85规范30号混凝土(换成04规范为C28混凝土)，纵向主筋采用Ⅱ级钢筋。横向分布按照折线分布:跨中采用刚性横梁法计算，支点采用杠杆法计算。原桥面铺装为双向横坡，4 cm沥青混凝土+2-8.8 cm 20号混凝土，此次加固改造将桥面铺装设计为12 cm～18.8 cm布双层钢筋网的钢纤维混凝土桥面。桥梁支点及跨中横向分布系数表见表1。

表1 桥梁支点及跨中横向分布系数表

经计算分析，跨中截面受压区高度满足规范要求，控制截面抗弯极限承载力计算结果为:

1)考虑增厚的桥面铺装后，原桥在公路—Ⅰ级的各种荷载组合作用下正面抗弯极限承载力计算结果见表2，表3。在公路—Ⅰ级荷载作用下，边、中梁跨中抗弯极限承载能力不满足要求，边梁L/4截面极限抗弯承载能力满足要求。

表2 边梁计算结果(一)

表3 中梁计算结果(一)

2)考虑增厚的桥面铺装后，原桥在各种荷载组合作用下，斜截面剪力计算结果见表4，表5。桥面铺装增厚后，在公路—Ⅰ级荷载作用下，斜截面抗弯满足要求。

表4 边梁计算结果(二)

表5 中梁计算结果(二)

3)截面裂缝验算见表6，表7。在公路—Ⅰ级荷载作用下，跨中和L/4截面裂缝宽度均满足规范要求。

4)加固后验算。针对正截面抗弯承载能力，采用(2×3)根体外预应力钢绞线加固，张拉控制应力取0.65fpk=1 209 MPa。针对斜截面抗剪承载能力，采用粘贴两层碳纤维布补强。

表6 边梁计算结果(三)

表7 中梁计算结果(三)

加固后边、中梁跨中截面抗弯承载能力满足使用要求;加固后斜截面抗力满足使用要求。

5 施工方法

1)拆除桥面铺装和湿接缝，对梁体进行清理，清除松散颗粒，使混凝土表面干净、干燥，对大于0.15的裂缝埋设灌浆嘴(在裂缝处、交错处、端处、裂缝贯穿处必须设置)，用结构胶进行粘结，使用JGN结构胶进行封缝，结构胶固化后，用GS灌缝胶进行裂缝灌缝，压力控制在0 MPa～0.2 MPa，灌浆结束标准要以不吸浆为原则，一般吸水率不大于0.1 L/min。浆液初凝后，拆下灌浆嘴，用结构胶封口。对于小于0.15 mm的裂缝，使用JGN结构胶直接进行封缝。2)按照位置安装齿板和转向防护钢板，在安装位置上要凿除表面混凝土(1 cm)并对凿除面进行清渣，高强螺栓在穿过梁体时要在孔中填满结构胶，齿板和转向防护钢板与梁体接触面要涂满结构胶，高强螺栓对钢板进行固定，确保紧固螺母完全贴实钢板。3)结构胶凝固后(施工时最短的为3 d)，进行张拉，锚具采用OVM15-3型，钢板线符合ASTM A416-98的规定，单根钢绞线直径15.24 mm，钢绞线面积A=140 mm2，钢绞线标准强度=1 862 MPa，弹性模量E=1.95 ×105MPa，每片梁用6 根钢绞线，每侧3根，张拉时采用两端同时张拉，初张应力为0.1σcon，e，控制应力为σcon，e=1 209 MPa，两端千斤顶的升压速度要接近相等。其他同预应力张拉。4)梁体粘贴碳纤维布进行补强，按图纸位置进行抗剪、抗弯补强，在抗剪、抗弯混凝土梁位置表面打磨平整，除去表层浮浆，露出新面，保证表面干净、干燥，按图纸要求尺寸剪好碳纤维布，根据生产厂家提供的配比配制浸渍树脂，均匀涂于粘贴部位，把纤维布用手轻压贴于粘贴位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，滚压时不要损伤纤维布，干燥后在表面再均匀涂抹浸渍树脂。5)对横隔板原有连接钢板进行除锈，钢筋外露处清除松散混凝土，进行补打混凝土，增加粘贴钢板，并用高强对拉螺栓进行锚固，增强横隔板连接强度，对钢板喷高强防锈浆，防止钢板再次生锈。6)按图纸要求绑湿接缝钢筋进行浇筑。按图纸要求布置桥面铺装钢筋，浇筑防水钢纤维混凝土，保证平整度，控制好高程。达到强度后铺筑沥青混凝土面层。

6 优缺点

优点:造价低，施工快，有效利用资源。

缺点:专业性强，相对预应力梁来讲，预应力受力在两端锚具上，受力集中，钢绞线在套管内和空气等接触，容易生锈，影响使用寿命。

总的来讲体外张拉能充分利用旧桥结构，利用有限资源，增强梁体强度，延长桥梁使用寿命。