公路梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)方法(共7頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上公路梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)方法艾軍 史麗遠(yuǎn)蘇州科技學(xué)院蘇州摘 要：體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是加固既有橋梁、提高橋梁現(xiàn)有承載能力切實(shí)可行的有效措施。提出體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土簡支梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和加固體系的檢算方法。關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力；加固；設(shè)計(jì)；承載能力目前，國道、省道公路網(wǎng)已基本形成，交通運(yùn)輸業(yè)日益繁榮。據(jù)公路管理部門大量調(diào)查結(jié)果分析，現(xiàn)有公路橋梁存在兩大方面的問題。一方面，相當(dāng)一部分橋梁服務(wù)期限已有20年30年，梁體已出現(xiàn)混凝土破損、剝落、鋼筋銹蝕、產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象，橋梁承載能力受到影響。另一方面，由于現(xiàn)在交通量增多，車輛載重增大，部分橋梁承載力明顯不足，急需采用加固措施

2、提高其承載力以適應(yīng)交通需要。加固舊橋?qū)⑹菢蛄汗こ探缫粋€(gè)非常迫切的任務(wù)。體外預(yù)應(yīng)力是一種有效的橋梁加固方法，具有操作簡單、對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷小、不影響交通、節(jié)省投資的優(yōu)點(diǎn)12，能顯著提高結(jié)構(gòu)承載力和抗裂度，有效改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證本論文提出的體外束加固計(jì)算方法的正確性及加固效果。1體外預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)內(nèi)容11體外束的線形布置體外束的線形有多種形式，為了滿足舊橋加固后承載力的需要，一般采用折線形，梁的跨中部分體外束布置在腹板下緣處，滿足正截面抗彎強(qiáng)度要求；在約離支座13L14L處體外束向上彎起，并錨固在梁兩端，滿足梁的抗剪強(qiáng)度要求。體外束材料一般由無粘結(jié)鋼絞線、粗鋼筋與槽鋼組合而成。12體外束

3、的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算體外束加固舊橋時(shí)，其構(gòu)造與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁不同。因此，體外束的預(yù)應(yīng)力各項(xiàng)損失計(jì)算與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁有較大差異。在橋梁加固施工中，由于張拉力的讀數(shù)是在梁體發(fā)生彈性壓縮的情況下測取的，故分批張拉引起的混凝土彈性壓縮損失s4為零，在活載作用下，引起體外束中的拉力增量時(shí)，均以考慮了梁體的變形協(xié)調(diào)及體系的內(nèi)力平衡，故活載拉力增量也不會(huì)引起預(yù)應(yīng)力鋼筋中的混凝土彈性壓縮損失。對(duì)于全橋整體工作的梁來說，后張拉的各片梁會(huì)引起先張拉各片梁變形，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。因舊橋混凝土的收縮、徐變?cè)陂L期使用中已基本完成，該項(xiàng)損失較小，可近似取為零。由以上分析可知，體外預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失比有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混

4、凝土梁預(yù)應(yīng)力筋要小。所以體外束的張拉控制應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)降低，以避免體外束長期處于高應(yīng)力狀態(tài)下工作，改善加固體系結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，建議其張拉控制應(yīng)力值比公路橋規(guī)中規(guī)定的限值降低10左右。13體外束面積的確定體外束面積通常根據(jù)梁的控制截面的抗彎強(qiáng)度確定。具體方法：檢算舊橋的承載力或通過橋梁靜、動(dòng)載試驗(yàn)評(píng)定舊橋的承載力；確定加固后梁所要達(dá)到的承載能力，并計(jì)算加固前后梁的承載力的差值；根據(jù)此差值，按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理初步估算體外束的面積；5按一般原則，確定轉(zhuǎn)向塊和錨固端的位置，并進(jìn)行全梁承載力校核；按正常使用狀態(tài)驗(yàn)算各項(xiàng)指標(biāo)3，直至滿足各項(xiàng)要求為止。14轉(zhuǎn)向塊和錨固端處局部承壓驗(yàn)算轉(zhuǎn)向塊裝置在滿足功能要求的前提下

5、，越簡單越好，結(jié)構(gòu)尺寸越小越好，轉(zhuǎn)向塊處混凝土的局部應(yīng)力驗(yàn)算非常重要。不同的構(gòu)造，錨固形式不同。昆山通城河橋是采用鋼銷錨固，鋼銷采用直徑為75mm、長度為480mm的圓柱，距兩端70mm處銑出80mm×335mm的錨固平面，梁端腹板上緣鉆直徑為80mm的錨固孔，局部承壓滿足規(guī)范要求。錨孔部位腹板兩側(cè)分別粘貼一層30mm×30mm的碳纖維，以確保安全可靠。固定端采用擠壓錨，張拉端采用夾片錨，并套上防震鋼套。轉(zhuǎn)向塊采用鋼板與槽鋼22焊接而成，槽鋼22在體外索轉(zhuǎn)向處包住梁腹板，槽鋼下鋼板銑出相應(yīng)曲面，并焊上防滑粗鋼筋。轉(zhuǎn)向塊和錨固端構(gòu)造的合理設(shè)計(jì)是體外預(yù)應(yīng)力可靠傳遞的保證。2體外

6、束結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力增量計(jì)算用體外束加固的簡支梁的受力特點(diǎn)是預(yù)加力的控制值在橋梁上部結(jié)構(gòu)恒載作用下測取的，整個(gè)體系處于平衡狀態(tài)下的一次超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)加固后的混凝土梁截面應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，僅計(jì)算由活載引起的體外束中的應(yīng)力增量。加固體系對(duì)外是靜定的，不影響體外束應(yīng)力增量計(jì)算。加固體系計(jì)算圖式見圖1，根據(jù)力法原理，運(yùn)用圖乘法可求出體外束的內(nèi)力增量NPf（Ay、q）。在原梁參數(shù)及體外束構(gòu)造、材料均已知時(shí)，體外束應(yīng)力增量主要與水平筋面積和外荷載有關(guān)。圖1加固體系計(jì)算示意3加固后梁的承載能力檢算31鋼筋混凝土梁加固后抗彎強(qiáng)度檢算鋼筋混凝土梁加固后，在使用荷載作用下的正截面強(qiáng)度檢算時(shí)，按照公路橋規(guī)的容許應(yīng)力法進(jìn)行。以T

7、形梁為例，截面內(nèi)力及應(yīng)力分布如圖2所示，則有平衡方法：12bxh12（bib）hi2xhixhAggAyg013bx2h3x2hi6x（bib）h2ihAgg（h0x）Ayy（hyx）0hghxh0x聯(lián)立方程組，采用牛頓迭代法求出h、g，若滿足hh，gg，則加固后體系正截面強(qiáng)度滿足要求。否則，重新進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。斜截面強(qiáng)度驗(yàn)算從略。圖2截面內(nèi)力及應(yīng)力分布示意32鋼筋混凝土梁加固后斜截面抗剪強(qiáng)度檢算加固后的梁具有預(yù)應(yīng)力混凝土梁的某些特征，但與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁相比，在構(gòu)造、梁體尺寸、預(yù)應(yīng)力大小方面有較大的區(qū)別。加固體系的受力特點(diǎn)更類似于普通鋼筋混凝土梁，故斜截面抗剪強(qiáng)度檢算建議按普通鋼筋混凝土梁

8、計(jì)算。加固后梁所需剪力減去體外束承受的剪力等于鋼筋混凝土梁所承受的剪力。實(shí)際加固工程中，斜截面抗剪強(qiáng)度檢算截面可按公路橋規(guī)中規(guī)定選定。33加固體系的撓度驗(yàn)算用體外束加固的鋼筋混凝土梁，其撓度f與彎矩M的變化規(guī)律與部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁相似。在正常使用階段，加固后梁體的撓度主要有兩部分組成：一部分是恒載與活載產(chǎn)生的撓度；另一部分是有效預(yù)應(yīng)力與體外束拉力增量產(chǎn)生的。前者計(jì)算同普通鋼筋混凝土梁，后者的計(jì)算方法可參考預(yù)應(yīng)力混凝土梁在預(yù)加力作用下的上拱度的計(jì)算方法或根據(jù)力法原理求出。梁體的撓度計(jì)算均可按彈性理論計(jì)算，其關(guān)鍵問題是剛度的取值，梁體截面開裂前可取085EhI0，梁體截面開裂后可取085EhI01

9、。按公路橋規(guī)，在不計(jì)沖擊力的活載作用下，產(chǎn)生跨中撓度不應(yīng)超過跨度的1600。34加固體系的裂縫驗(yàn)算用體外束加固的混凝土梁，由于體外束布置在梁體之外，與混凝土無粘結(jié)作用。因此，其抗裂性更接近與普通鋼筋混凝土梁，可采用公路橋規(guī)中關(guān)于普通鋼筋混凝土梁的裂縫寬度計(jì)算公式：fC1C2C3gEg（30d）（02810u）式中各參數(shù)均按公路橋規(guī)取用。其允許裂縫寬度建議按公路橋規(guī)中普通鋼筋混凝土梁的允許裂縫寬度采用。圖3體外束布置示意4算例昆山通城河橋?yàn)榭鐝絃135m的鋼筋混凝土T形梁橋，原設(shè)計(jì)荷載為汽10級(jí)、拖60；加固后橋梁承載能力要求提高到汽15級(jí)。進(jìn)行全面加固計(jì)算，基本數(shù)據(jù)如下：bi178cm，b18

10、cm，h80cm，h112cm，h071cm，Ag44.27cm2，Eg2.0×105MPa，Ey1.9×105MPa，g180MPa，25混凝土，w10.5MPa，n20。加固前，對(duì)舊橋進(jìn)行了靜、動(dòng)載試驗(yàn)，評(píng)定其承載能力為汽10級(jí)，跨中抗彎承載能力為67990kNm；采用體外束加固，體外束布置如圖3所示，L3180cm，L2840cm，L1150cm，H119.14cm，H260.86cm按上述方法反復(fù)計(jì)算每片主梁采用4束無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼束。Rby1960MPa，Ay56cm2，ye625MPa，k855MPa。加固后檢算結(jié)果：受壓區(qū)高度x17.8cm。g167.8MPag180MPaha8.0MPaw10.5MPay626MPa0.65Rby1209MPa加固前后試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)照見表1滿足要求。斜截面強(qiáng)度驗(yàn)算從略。5 結(jié)語51從表1數(shù)據(jù)可知：用體外束加固舊橋是非常有效的措施，具有加固、卸載及減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力的作用，值得更廣泛地推廣應(yīng)用。但從體外束設(shè)計(jì)到施工仍有若干問題值得研究。（1）關(guān)于各項(xiàng)撓度計(jì)算過程中，主梁剛度的不同取值問題；（2）分批張拉預(yù)應(yīng)力鋼束時(shí)，預(yù)應(yīng)力損失和影響系數(shù)研究；（3）施工階段的質(zhì)量監(jiān)控研究。52預(yù)應(yīng)力束的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的構(gòu)造要仔細(xì)加以考慮，以防止斷絲，體外束的錨固與構(gòu)件的連接是加固設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。53隨著荷載的增加，構(gòu)件發(fā)生變形，由此產(chǎn)生的體外預(yù)應(yīng)力筋中