预应力混凝土曲线连续梁桥的加固

文章编号:1003-4722(2005)02-0077-03

预应力混凝土曲线连续梁桥的加固

杨虎荣,周世浩

(深圳市公路工程质量监督站,广东深圳518049)

摘　要:黄鹤立交CD2号匝道桥是预应力混凝土曲线梁桥,其在运营的初期出现裂缝,通过

荷载试验及设计校核分析了裂缝产生的原因,提出了切实可行的加固方案。加固后的计算与荷载试验表明桥梁能满足使用要求。

关键词:预应力混凝土桥;曲线梁;裂缝;荷载试验;桥梁加固中图分类号:U445.72

文献标识码:A

StrengtheningofPrestressedConcreteContinuousCurvedGirderBridge

YANGHu2rong,ZHOUShi2hao

(ShenzhenHighwayEngineeringQualitySupervisionStation,Shenzhen518049,China)

Abstract:TheRampBridgeCD2#ofHuangheInterchangeisaprestressedconcretecontinu2ouscurvedgirderbridge.Attheearlystageofoperation,cracksoccurredintheBridge.Thecau2sesofthecracksareanalyzedonthebasisofloadtestsanddesigncheck,andfeasiblestrengthe2ningschemesareprepared.ThefurthercalculationsandloadtestsoftheBridgeafterstrengthe2ningindicatethattheBridgecansatisfytherequirementsforoperation.

Keywords:prestressedconcretebridge;curvedgirder;crack;loadtest;bridgestrengthe2ning

1　工程概况

黄鹤立交CD2号匝道桥位于深圳机荷高速公路、跨越广深高速公路,该桥上部结构为(4×28+2×40.5+5×28)m共333m长的预应力混凝土连续曲线箱梁桥,平曲线半径为125m和800m。箱顶宽12m(含翼缘宽2×3m)、底宽6m。中间2孔40.5m跨为变高截面,箱梁根部高2m,主跨及紧邻主跨的边跨梁高采用二次抛物线变化至1.5m。其余28m跨为等截面,梁高1.5m。桥墩采用桩柱式结构,其中3号、7号墩采用双柱结构,其余为独柱结构。0号、11号桥台采用双肋式轻型桥台。桥台、桥墩基础均采用嵌岩桩,见图1。本桥设计荷载为:汽-超20设计,挂-120校核。

图1　桥梁立面

该桥通车不久就发现各跨出现不同程度的裂缝。通过对该桥的全面检测,共发现裂缝337条。其中以微细裂缝为主,宽度在0.10mm以下裂缝共238条,占全桥总数的70.6%;宽度0.15～0.2mm

的裂缝有57条,占全桥总数的16.9%;0.25mm以上的裂缝有42条,占总数的12.5%,且全部分布在4～7跨,裂缝最大宽度达1.5mm。检测发现裂缝

的主要类型为支点附近腹板的斜向裂缝、跨中附近处的横向裂缝、支点附近翼板的横向裂缝、底板的纵

收稿日期:2004-11-04

作者简介:杨虎荣(1964-),男,高级工程师,1986年毕业于同济大学,获学士学位,1988年毕业于同济大学,获硕士学位,1991年毕业于同济大学,获博士学位。

78桥梁建设　　2005年第2期

向裂缝、横向施工缝及不规则收缩裂缝。2　病害原因分析

0.2mm的底板、腹板、翼板裂缝进行压浆处理,小

为了确保交通的安全和桥梁的正常使用,需查

明裂缝产生的原因,确定该桥现有的工作状况,对该桥承载能力进行综合评价及为桥梁的加固提供依据,对该桥主跨一孔40.5m和邻跨28m预应力混凝土曲箱梁进行静载试验和受力分析,以及对整桥设计进行复核。分析后认为箱梁开裂主要有以下几个方面的原因[1,2]:

(1)该桥设计中所提供的安全储备偏小,个别截面的抗弯承载能力不足,最不利截面的抗弯承载能力仅为设计计算弯距的0.68倍;部分截面出现拉应力,最大拉应力达2.80MPa,超过部分预应力A类构件的要求。(2)对本桥的剪力滞、约束扭转等复杂因素估计不足。通过空间板壳模型分析主跨及主跨相邻跨活载下的剪力滞效应,40.5m跨支点剪力滞系数最大可达1.341;28m跨由于宽跨比较大,支点剪力滞系数更达到1.6999。

(3)没有充分计及温度力,也会导致某些截面应力过大而出现裂缝。在考虑桥面板升温5℃、降温5℃,主跨跨中底板最大温度应力可达到1.159MPa。

(4)本桥为预应力混凝土曲线连续箱梁,其空间受力特点十分明显,弯桥受力特性复杂。

(5)施工过程中,存在着与设计图纸要求不太相符的施工浇筑顺序造成混凝土收缩、预应力张拉工艺缺陷等都可能造成有效预应力不足等不利影响,导致该桥在使用初期出现严重的裂缝。3　加固方案3.1　加固方法

于0.2mm的裂缝进行裂缝封闭处理。

3.2　加固工艺

加固分2个阶段进行,第1阶段为裂缝压浆、张拉体外预应力增设新增腹板钢筋,浇注新增腹板;第2阶段为箱梁底板,翼板上开裂部分粘贴钢板和碳

纤维进行补强。第2阶段为备用方案,依该桥的目前运营状况,采用第1阶段的加固后完全满足强度和运营的需要。4　加固设计要点4.1　预应力束布置本设计采用箱梁两侧腹板外侧各增设2束j15<15.24mm的钢绞线,根据结构的受力特性及钢束弯起的要求,在适当位置设置预应力筋转向块和锚卡,见图2。

图2　新增腹板构造及预应力钢束示意

4.2　主要锚固构造

在第1跨和第11跨离梁端4.0m及3号和7

号墩附近新增齿板,用于预应力筋的张拉工作面和预应力钢束的锚固。4.3　转向设置和锚卡

根据本桥出现的病害并结合静载试验和整桥受

力分析,需要立即进行加固处理。目前的上部加固方案一般有桥面补强层加固法、增大截面和配筋加固法、锚喷混凝土加固法、粘贴钢板(钢筋)加固法、改变结构受力体系加固法、体外预应力加固法等方法。针对本桥的设计、施工及开裂现状,采用增加预应力钢束进行加固为较佳方案。增加预应力钢束加固可以抵消部分自重应力,提高梁的有效抗弯强度,从而提高桥梁的承载能力。加固后结构计算分析和荷载试验证明张拉预应力后箱梁应力得到较大改善。同时对箱体的裂缝进行了处理,裂缝宽度大于

由于预应力筋需要完成竖弯,因此通过后置式自切底锚栓把钢结构转向器锚固于箱梁腹板,实现钢束的转向。为了减少预应力筋和转向块之间的摩阻力,在预应力和转向块之间衬垫PE管,并在PE管与钢套管之间涂以适当的润滑剂。为了克服预应力钢束的径向力,在适当位置设置了锚卡。在所有锚卡上衬垫短节PE管,防止张拉预应力筋时可能损坏钢绞线,或使锚卡竖向钢板弯折。4.4　植筋在腹板和与新浇腹板混凝土相交翼缘板上以及混凝土齿板与箱梁腹板进行植筋,通过植筋来保证新旧混凝土之间的结合和传力。受力通过植入的钢筋借助混凝土和植入钢筋之间的粘结力传递给预埋钢筋,植筋要满足最小埋置深度及保证植筋粘结剂

预应力混凝土曲线连续梁桥的加固　　杨虎荣,周世浩79

的有效性,以免发生钢筋屈曲破坏、植筋粘结剂与钢筋或混凝土的界面破坏。5　加固施工顺序

按照加固方案进行加固,其加固施工顺序如下:

(1)压浆或封闭法修补箱梁裂缝;

(2)各跨新旧混凝土接触面凿毛,并将凿除面清刷干净;

(3)在新增齿板的位置植门式锚筋,绑扎钢筋骨架,浇注混凝土齿板;

(4)安装钢结构转向器及克服径向力的锚卡;(5)依施工图植腹板及翼板上的钢筋,并将钢筋绑扎成形;

(6)3～7号墩间的钢束(两端)张拉;(7)3～7号墩间腹板外侧浇注混凝土;

(8)接长钢束,单向张拉0～3号墩间和7～11号墩间预应力筋;

(9)0～3号墩间和7～11号墩间腹板外侧浇注混凝土。6　加固效果

上抵消了加固前荷载组合下可能出现的拉应力。加

固后主梁最大主拉应力1.21MPa,满足规范要求。

(3)主梁的刚度

通过对试验截面两侧竖向位移、挠度和扭转变形的观测,在荷载效率η=0.57～0.9下,40.5m跨跨中最大挠度为18.1mm,28m跨跨中最大挠度为6.3mm,其最大挠跨比为1/2238,远小于规范允许值(1/600);40.5m跨的最大扭转角为7.84′。所以主梁挠度和扭转刚度大,弹性工作性能较好。

(4)裂缝加固后的桥梁的混凝土表面存在微裂缝,但数量和长度较小,最大宽度约0.04mm;新浇腹板外钢筋混凝土裂缝较多,宽度基本上在0.06mm以内。荷载试验整个过程中最大裂缝小于0.2mm,未发现一条新老混凝土连通的裂缝和斜向裂缝,表明加固后的桥梁抗裂性增大,满足使用要求。7　结　语

CD2号匝道桥加固后通车运营,运营期间定期

进行检查,表明加固后该桥工作状态良好。该匝道

加固完成后对桥跨结构进行结构验算和鉴定试

验[3,4],加固效果主要表现在以下几个方面:

(1)结构的承载能力满足规范要求

通过设置预应力钢束和新增腹板厚度的加固方法,结构的抗弯能力得到加强,上部结构承载能力满足规范要求。静载试验还表明外包混凝土与原箱梁混凝土在活载下能共同变形和受力。

(2)增加了主梁的应力储备

通过加固,主梁应力状态得到很大改善,加固后梁体受拉区产生1.33～3.53MPa的压应力,基本

桥加固的成功,是小半径曲线预应力连续梁桥加固的典型,为后续在建工程提供了宝贵的经验和教训。

参　考　文　献:

[1]　JTJ023-85,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设

计规范[S].

[2]　JTJ021-89,公路桥涵设计通用规范[S].

[3]　交通部公路局.公路旧桥承载能力鉴定方法(试行)

[S].1988.

[4]　YC4-4/1978,大跨径混凝土桥梁的试验方法[S].