阜寧城北橋系桿加固設(shè)計與施工
2011-05-24 來源：加固改造網(wǎng)
1．工程概況
阜寧城北橋為通榆河中段工程跨河公路橋梁中的一座，設(shè)計荷載為汽車-20級，掛車-100，行車道寬為9m，人行道寬1．5m。橋跨布置為2×25+51+2×25m，25m跨為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，51m跨為預(yù)應(yīng)力混凝土剛性系桿拱，拱肋為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用二次拋物線拱軸線，矢跨比為1/5，系桿及橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，系桿預(yù)應(yīng)力筋為12束6Φ?j15鋼絞線、OVM錨具，吊桿為42Φ?S5高強(qiáng)碳素鋼絲、DM錨具外套Φ102mm鋼管護(hù)套。拱肋及系桿斷面均為工字形，系桿和拱肋采用分段預(yù)制、有支架拼裝法施工，系桿拼裝結(jié)束后，首先張拉8束鋼絞線，然后拼裝拱肋，待拱肋拼裝完成后，拆除拱肋支架，張拉吊桿預(yù)應(yīng)力筋，最后張拉系桿第二批鋼絞線（4束）。
2．系桿裂縫發(fā)生及原因分析?
2．1裂縫發(fā)生
施工過程中，在張拉北側(cè)2號吊桿時，發(fā)現(xiàn)2號吊桿附近的系桿薄腹部位出現(xiàn)裂縫。張拉另一端吊桿時，發(fā)現(xiàn)同樣情況。拆除系桿支架時，發(fā)現(xiàn)多處支點沒有脫空，支架拆除后，系桿裂縫增多。經(jīng)檢查北側(cè)系桿外側(cè)有裂縫81條，裂縫沿縱橋向分布較為均勻，15條在薄腹范圍，縫長30~70cm，裂縫發(fā)展到下緣的有5條，發(fā)展到上緣的有24條，其中有9條為貫通縫。裂縫寬度大于0．08mm的有15條，并有2條最大縫寬達(dá)?0．4mm。縫的走向基本為上下垂直，并發(fā)現(xiàn)系桿有下?lián)犀F(xiàn)象。北側(cè)系桿在4號吊桿處下?lián)?．9cm，南側(cè)系桿在4號吊桿處下?lián)?．0cm，根據(jù)理論計算，該處恒載撓度應(yīng)為1．4cm。南側(cè)系桿發(fā)現(xiàn)裂縫13?條，均已發(fā)展到截面下緣，且都發(fā)生在1號及4號吊桿附近。
2．2裂縫發(fā)生原因分析
根據(jù)裂縫的分布規(guī)律及寬度等情況分析，裂縫的產(chǎn)生主要是由于系桿所承受的軸向拉力超過混凝土預(yù)壓力所致。在設(shè)計計算中由恒載產(chǎn)生的系桿軸向拉力為2968kN，而8束6Φj15鋼絞線所施加的有效預(yù)壓力為：
NY=ny·ky·σk·Ay
式中：ny——預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量，ny=8束；?
ky——有效預(yù)應(yīng)力系數(shù)，取k?y=0．7；?
σk——預(yù)應(yīng)力筋在錨下的控制應(yīng)力，?
σk=0．75，=1600MPa；?
Ay——單束鋼絞線截面積，Ay=824．67m2。?
Ny=8×0．7×0．75×1600×824．67?
=5542×103（N）
按理論計算的鋼絞線有效預(yù)壓力遠(yuǎn)大于恒載所產(chǎn)生的軸向拉力。因此，在實際施工中8束預(yù)應(yīng)力鋼絞線的預(yù)加力未達(dá)到設(shè)計所要求的值，也就是說8束預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失過大造成系桿裂縫的產(chǎn)生。為了查明應(yīng)力損失過大的原因，對尚未張拉的力筋進(jìn)行了試驗。利用原張拉使用的錨夾具、原班操作人員在南北系桿各取一束進(jìn)行張拉試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，北側(cè)系桿試驗孔在西端退工具錨時，有兩根鋼絞線工作錨沒有錨住，跟進(jìn)滑絲，補(bǔ)拉以后仍然滑絲。東端退錨時有一根跟進(jìn)滑絲，另一根退到中途時發(fā)出巨響突然滑絲。六根鋼絞線只有兩根沒有滑絲，南側(cè)系桿試驗孔西端退錨時有兩根跟進(jìn)滑絲，但有一根滑到9cm時工作錨又夾住了，沒有滑完。東端退錨時有一根跟進(jìn)滑絲，補(bǔ)拉后仍然錨不住。西端一根補(bǔ)張拉達(dá)到張拉控制力時，工具錨夾片突然飛出，鋼絞線沖出18cm，同時東端發(fā)現(xiàn)有三根鋼絞線突然縮進(jìn)，有一根縮進(jìn)40cm。這三根鋼絞線中有一根是原來東端滑絲的那一根，另一根為西端滑進(jìn)9cm的一根。據(jù)此分析，該試驗孔有三根鋼絞線滑絲，三根未滑。
根據(jù)以上情況，對錨具進(jìn)行了檢驗，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：
①所采用的錨具夾片硬度偏低；
②夾片外形不標(biāo)準(zhǔn)，從滑絲的夾片看，有少部分絲牙拉平了，大部分絲牙還沒有靠鋼絞線，夾片放在錨板孔內(nèi)，四周間隙也不均勻。經(jīng)同濟(jì)大學(xué)及東南大學(xué)有關(guān)專家教授的論證，確認(rèn)由于錨具質(zhì)量不合格，引起滑絲和失錨是預(yù)應(yīng)力損失過大的直接原因。
3．系桿加固設(shè)計
系桿由于預(yù)應(yīng)力不足產(chǎn)生裂縫，加固時針對這一原因，應(yīng)采取一定措施補(bǔ)足設(shè)計所需的預(yù)應(yīng)力值，而加固后不應(yīng)改變原結(jié)構(gòu)的受力特點，由于系桿僅剩4束預(yù)應(yīng)力筋尚未張拉，預(yù)應(yīng)力值（張拉控制值）為4156kN，小于原設(shè)計系桿預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制值11580kN?？紤]到已張拉的8束鋼絞線尚有部分剩余預(yù)應(yīng)力，因此在進(jìn)行加固設(shè)計時，采用體外預(yù)應(yīng)力和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力相結(jié)合的方法。在體外增加4束無粘結(jié)鋼絞線，外裹鍍鋅鋼管護(hù)套，系桿每側(cè)各2束，分別布置在工字形系桿的腹板頂部和底部，體外4束鋼絞線為9Φj15、=1860MPa，張拉控制值分別為北側(cè)系桿每米1650kN，南側(cè)系桿每束1400kN，體內(nèi)4束鋼絞線改為6Φj15，=1860MPa，張拉控制值為1100kN，合計北側(cè)系桿8束鋼絞線張拉控制值為11000kN，南側(cè)系桿8束鋼絞線張拉控制值為10000kN，加上剩余部分預(yù)應(yīng)力，基本上接近原設(shè)計所要求的值。為了將體外束所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力有效地傳遞到系桿上，在系桿兩端特制錨固鋼絞線的鋼靴，鋼靴位于原后澆封頭混凝土位置，鋼靴面板為30mm厚鋼板，封頭板根據(jù)鋼絞線位置開孔穿束，鋼束錨板與封頭板間設(shè)厚墊板，以使錨下應(yīng)力均勻擴(kuò)散，為了加強(qiáng)鋼束張拉時鋼靴的抗彎抗剪作用，在鋼靴背部設(shè)橫梁和背拉架，鋼靴內(nèi)側(cè)設(shè)數(shù)道橫肋板。鋼靴與系桿間空隙采用活塞壓漿機(jī)灌注60號無收縮快硬高強(qiáng)水泥砂漿，砂漿水灰比為0．32，外加1%JM-Ⅱ混凝土高效增強(qiáng)劑，確保鋼靴與系桿緊密結(jié)合，以保證預(yù)應(yīng)力的有效傳遞。
4．加固實施與結(jié)果
為確保加固工作取得成功，保證鋼靴內(nèi)灌漿達(dá)到設(shè)計要求，特制木靴進(jìn)行模擬試驗，在取得成功后進(jìn)行實際操作。在體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉時，采用4臺千斤頂對每側(cè)系桿4束同時同步單向張拉，系桿每端布設(shè)兩臺千斤頂，每束一端張拉結(jié)束后，由另一端補(bǔ)張至設(shè)計噸位，南北系桿交替分級加載。加固工作取得了較好的效果，經(jīng)觀測，裂縫閉合情況良好。張拉結(jié)束后，南側(cè)系桿發(fā)現(xiàn)一條裂縫，縫寬小于0．06mm，北側(cè)系桿僅剩11條裂縫，縫寬亦均小于0．06mm，應(yīng)屬殘留變形現(xiàn)象，拱肋沒有發(fā)現(xiàn)裂縫產(chǎn)生。北側(cè)系桿最大起拱為3．1cm，南側(cè)系桿最大起拱為2．9cm，加上原剩余部分預(yù)拱度，北側(cè)系桿預(yù)拱度最大值為3．2cm，南側(cè)系桿預(yù)拱度最大值為3．9cm，基本上達(dá)到了原設(shè)計4cm的預(yù)拱度。加固工作結(jié)束后，按照掛車荷載的布置要求，對該橋進(jìn)行了靜載試驗，未發(fā)現(xiàn)有新的裂縫產(chǎn)生，且老縫也未發(fā)生任何變化，系桿最大撓度為7mm，與理論計算相符，加固取得了成功。
5．結(jié)束語
體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)用在橋梁加固中是一種嘗試，從結(jié)果來看技術(shù)是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的，不僅僅適用于系桿拱的加固，也適用于梁式橋等其他結(jié)構(gòu)類型的加固補(bǔ)強(qiáng)，是一種適用范圍較廣的方法。
