大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁加固方案
2011-10-10 來(lái)源：中國(guó)鳴網(wǎng)
1、概述
廣泛應(yīng)用于公路及市政建設(shè)中的大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，由于混凝土收縮徐變的不斷發(fā)展、鋼束預(yù)應(yīng)力損失、超載及施工缺陷等因素的影響，常出現(xiàn)主跨持續(xù)下?lián)喜殡S開(kāi)裂病害，直接影響到橋梁的安全運(yùn)營(yíng)和正常使用，因此，尋求合理的加固改造方案顯得必要而急迫。
2、橋梁現(xiàn)況
佛開(kāi)高速公路汾江大橋主橋?yàn)椋?5+100+65）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋梁的病害現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為：主跨下?lián)侠^續(xù)發(fā)展；頂板縱向裂縫、腹板斜裂縫不斷增加并持續(xù)發(fā)展。
3、病害原因分析
（1）實(shí)際橋面鋪裝厚度過(guò)大
根據(jù)《橋面鋪裝整治工程竣工圖》和相關(guān)檢測(cè)， 左、右幅主橋的實(shí)際鋪裝厚度基本上都大于設(shè)計(jì)鋪裝厚度，且分布離散。
為了考查不同鋪裝厚度對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)8cm設(shè)計(jì)鋪裝厚度和實(shí)際鋪裝厚度所產(chǎn)生的單項(xiàng)豎向位移進(jìn)行了對(duì)比分析。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，跨中實(shí)際鋪裝厚度過(guò)大，對(duì)主橋的長(zhǎng)期變形影響很大，導(dǎo)致跨中撓度大幅增加，主跨下?lián)侠^續(xù)發(fā)展。
（2）超載嚴(yán)重
主跨跨中截面最大正彎距的標(biāo)準(zhǔn)值和頻遇值，隨機(jī)車輛模型的計(jì)算值要比2004規(guī)范值大30％左右。邊跨合攏截面最大正彎距的標(biāo)準(zhǔn)值和頻遇值與跨中截面最大正彎距結(jié)果相似，也是隨機(jī)車輛模型的計(jì)算值要比2004規(guī)范值大，在37％左右。
橋梁超載現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼束的疲勞損傷，結(jié)構(gòu)剛度下降；另外，重載交通作用下直接導(dǎo)致橋面板開(kāi)裂，耐久性大大降低。
（3）預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大
汾江大橋左幅主橋的預(yù)應(yīng)力損失較為明顯，其中墩頂截面剩余預(yù)應(yīng)力約為原張拉力（2250KN）的85％左右，而跨中截面剩余預(yù)應(yīng)力僅為原張拉力的60％左右。
（4）施工中不確定因素的影響
超重：施工時(shí)模板安裝偏差、施工控制不當(dāng)?shù)纫蛩囟伎赡茉斐上淞簝?nèi)局部浮漿過(guò)厚，使得橋梁自重增加，進(jìn)而影響橋梁的內(nèi)力和位移。
立模高程偏差：立模高程的偏差可能會(huì)造成使橋梁預(yù)拱度與設(shè)計(jì)預(yù)拱度相差較大，若預(yù)拱度設(shè)置不足，會(huì)加大橋梁的下?lián)稀?br />
合攏誤差：合攏誤差可能會(huì)引起橋面調(diào)坡，使得橋面鋪裝厚度不均衡，造成主跨跨中區(qū)域鋪裝過(guò)厚，進(jìn)而影響橋梁的內(nèi)力和位移。
（5）綜合分析
施工誤差引起箱梁恒荷載過(guò)大及汽車超載等因素導(dǎo)致箱梁預(yù)應(yīng)力度不足，是箱梁下?lián)系闹饕?。?shí)際橋面鋪裝在主跨跨中區(qū)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了8cm厚設(shè)計(jì)鋪裝，由此使主橋主跨跨中內(nèi)力彎距和撓度顯著增大，由此可引起跨中下緣混凝土開(kāi)裂?；炷恋拈_(kāi)裂使得開(kāi)裂區(qū)預(yù)應(yīng)力損失增大，而預(yù)應(yīng)力損失引起的應(yīng)力重分布會(huì)增加混凝土的收縮徐變效應(yīng)，收縮徐變引起的下?lián)嫌謺?huì)進(jìn)一步加劇混凝土的開(kāi)裂。這樣，橋面鋪裝在主跨跨中超厚就會(huì)引起開(kāi)裂、預(yù)應(yīng)力損失、徐變之間的耦合作用，使得主橋中跨跨中區(qū)域的撓度不斷增長(zhǎng)。
4、加固改造方案研究
（1）斜拉橋加固方案：利用左右幅橋之間的中央分隔帶，在主墩處增設(shè)“H”形橋塔，并設(shè)置斜拉索，以改善主梁的應(yīng)力狀況和控制主跨跨中截面的撓度。
斜拉橋加固示意圖
但該方案存在的問(wèn)題：減少了現(xiàn)有的橋下通航凈空，對(duì)通航、海事安全有一定影響；主梁上錨固點(diǎn)的設(shè)置比較困難；施工工藝較復(fù)雜，工程造價(jià)昂貴。
（2）減載
采用的減載措施如下：
① 將主跨跨中范圍內(nèi)的鋼筋砼防撞欄換成鋼護(hù)欄，以減輕護(hù)欄的荷載；
② 重新調(diào)坡，盡量減少鋪裝層的厚度，特別是主跨跨中范圍的瀝青鋪裝；
③ 采用輕質(zhì)混凝土，減輕二恒重量。
④ 清除原施工遺留的浮漿，施工垃圾等，盡量減輕自重。
為了考察各種措施對(duì)減輕主梁病害的具體貢獻(xiàn)，下面對(duì)各項(xiàng)措施產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行比較。
各項(xiàng)措施下產(chǎn)生的截面法向應(yīng)力效應(yīng)及控制點(diǎn)位移
“+”:表示應(yīng)力增加或位移上拱；“-”:表示應(yīng)力減少或位移下?lián)稀?br />
根據(jù)計(jì)算結(jié)果：減載措施是有效的；如能大幅減少主跨跨中鋪裝層厚度，即效果最好。各項(xiàng)減載措施都對(duì)主跨跨中的應(yīng)力和位移控制有利，但也使邊跨合攏段上緣產(chǎn)生了一定的拉應(yīng)力。
（3）施加體外預(yù)應(yīng)力
主跨跨中采用兩束直線底板長(zhǎng)束和兩束底板曲線束。
體外預(yù)應(yīng)力加固布束方案立面圖
箱內(nèi)體外預(yù)應(yīng)力能有效地提高主跨跨中截面下緣的壓應(yīng)力。鋼束布置在箱內(nèi)，不影響橋梁整體美觀，能有效提高主梁的抗裂性；且施工方便、簡(jiǎn)單，可實(shí)施性強(qiáng)，工程造價(jià)較低；但對(duì)主梁跨中撓度改善效果不明顯。
加固改造方案選用及加固效果分析
通過(guò)對(duì)加固改造方案的研究分析，減載措施能明顯改善主跨下?lián)?，而箱?nèi)體外預(yù)應(yīng)力能有效地提高主跨跨中截面下緣的壓應(yīng)力；推薦采用輕質(zhì)混凝土置換橋面系與體外預(yù)應(yīng)力相結(jié)合的加固改造方案。
汾江大橋主橋加固改造主要計(jì)算結(jié)果
按推薦加固改造方案，汾江大橋主橋抗力、抗裂性能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；主跨跨中最大豎向位移比加固前上拱5.01cm，達(dá)到了預(yù)期目的。
5、主要結(jié)論
本文提出采用輕質(zhì)混凝土置換橋面系與體外預(yù)應(yīng)力相結(jié)合的加固改造方案，計(jì)算結(jié)果表明，經(jīng)加固改造以后，主橋抗力、抗裂性能滿足85橋規(guī)要求，減載措施對(duì)主跨跨中的撓度有明顯的改善。
6、結(jié)語(yǔ)
已建大跨預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，由于建設(shè)條件及技術(shù)條件的制約，在各種不利因素的作用下，出現(xiàn)主跨持續(xù)下?lián)喜殡S開(kāi)裂病害，直接影響到橋梁的安全運(yùn)營(yíng)和正常使用，因此，尋求合理的加固改造方案顯得必要而急迫。本文提出采用輕質(zhì)混凝土置換橋面系與體外預(yù)應(yīng)力相結(jié)合的加固改造方案，從理論計(jì)算結(jié)果及加固后使用情況來(lái)看，均達(dá)到了預(yù)期效果；為同類橋梁的加固改造提供參考。
