首頁 > 檢測加固 > 正文
輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用
2013-01-17 來源:筑龍網(wǎng)
當(dāng)今世界混凝土用量越來越大,應(yīng)用范圍越來越廣,而輕質(zhì)、高強、多功能是混凝土發(fā)展的一個主要方向。國外一些發(fā)達(dá)國家在輕質(zhì)混凝土的研究和應(yīng)用領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。美國土木工程建筑實踐已證實[1] [2]含有輕骨料的混凝土既能用于橋梁結(jié)構(gòu)的主要部件,又能用于直接承受車輛荷載的橋面結(jié)構(gòu)。國內(nèi)以清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)為代表的一些科研院所在高強輕質(zhì)混凝土的材料性能方面做了較深入的研究[3],試驗配置出的輕質(zhì)混凝土28天抗壓強度可達(dá)到60~80MPa。而國內(nèi)實際大規(guī)模生產(chǎn)的輕質(zhì)混凝土,抗壓強度一般僅為7.5~30MPa。中國建筑材料科學(xué)研究院等機(jī)構(gòu)在輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用方面做了許多研究,取得了一定的成果。國內(nèi)目前輕質(zhì)混凝土在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多,其中用于砌體,剪力墻等占大部分,而用于主要承重結(jié)構(gòu)如梁、柱的較少。總之,在國內(nèi),輕質(zhì)混凝土的應(yīng)用水平和規(guī)模均相當(dāng)落后,在工程中應(yīng)用尚處于初級階段,在橋梁工程方面,還沒有相關(guān)的應(yīng)用規(guī)程和規(guī)范,工程運用實例很少。為了掌握輕質(zhì)微膨脹混凝土物理力學(xué)性能,進(jìn)而推動輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在國內(nèi)的應(yīng)用,首先對輕質(zhì)高強微膨脹混凝土的配合比[4]進(jìn)行了研究,然后將配制出的輕質(zhì)高強微膨脹混凝土應(yīng)用于實橋加固,并研究其在舊橋加固工程的可靠性和實用性。

  1、測試方法

  土門大橋為4孔一聯(lián)的連拱。其原有設(shè)計承載能力已無法滿足現(xiàn)有車輛通行的需要。此外,橋梁不斷老化,出現(xiàn)了不少病害,已屬三類橋梁。因此,急需對其進(jìn)行加固和拓寬改造。

  輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  圖1  拓寬前后橋面系構(gòu)造
 
  由于無鉸拱的拱頂和拱腳斷面為主要的控制斷面,因此分別在每一聯(lián)第二孔中間拱肋的拱頂和拱腳位置埋設(shè)傳感器。傳感器分為兩類,一類是鋼筋計,鋼筋計的埋設(shè)方法為先將埋設(shè)處的鋼筋截開,將截開的鋼筋焊接到鋼筋計的兩端,然后將焊接好的鋼筋綁扎到位,再澆筑混凝土。另一類為混凝土計,混凝土計的埋設(shè)方法為在澆筑混凝土前綁扎定位,然后澆筑混凝土。傳感器的具體埋設(shè)位置如圖2所示:

  輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  圖2  5#拱肋傳感器埋設(shè)示意圖
 
  2、膨脹變形作用下組合截面的應(yīng)力應(yīng)變分析

  取一段拱肋,當(dāng)縱向纖維之間不受約束,能自由伸縮時,設(shè)新加固拱肋部分由于膨脹作用產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)?img alt="輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究" src="http://www.zgqljg.com//uploadfile/201011/20101111154132000.jpg" />。

  輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  圖3 膨脹自應(yīng)力計算示意圖
 
  因組合截面的變形服從平截面假定,所示截面實際變形后應(yīng)在如圖3所示的虛線位置,即  輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究 (1)

  式中:輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——沿拱肋輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究處的變形值;

   輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——單元拱肋斷面撓曲變形后的曲率。

  圖4中陰影部分的應(yīng)變,由縱向纖維之間的約束產(chǎn)生:

  輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究 (2)

  由 產(chǎn)生的應(yīng)力為膨脹產(chǎn)生的自應(yīng)力,新、舊拱肋部分自應(yīng)力分別為: 輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究 (3)  輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究 (4)

  由于在單元梁段上無外荷載作用,因此自應(yīng)力在截面上是自平衡狀態(tài)的應(yīng)力,可利用截面上應(yīng)力總和為零和對截面重心軸的力矩為零的條件,求出輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究值。

  輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究 式中:輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——新加固拱肋面積;輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——原有拱肋截面面積;輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——新加固拱肋部分到截面重心軸的距離;輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——截面重心軸到拱肋下緣的距離;輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——新加固拱肋彈性模量;輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——原有拱肋彈性模量;輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——新加固拱肋截面繞組合截面重心軸的慣距;輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究——原有拱肋截面繞組合截面重心軸的慣距。

  由上面兩式可求得:輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究 則膨脹變形引起的新、舊拱肋部分自內(nèi)力分別為:  輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究 

  根據(jù)求得的輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究值,可以計算出截面形心處的應(yīng)變與曲率,然后利用彈性中心法計算次內(nèi)力。

  3、超靜定結(jié)構(gòu)中收縮徐變引起的次內(nèi)力產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變計算


  輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  圖4 土門大橋(圓弧拱)計算示意
 
  由于土門大橋拱軸線(圖4)為圓弧拱,用解析法確定收縮徐變引起的次內(nèi)力的具體步驟如下:

  1)  確定圓拱的半徑R和半拱的圓心角輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  2)  確定彈性中心O的位置

  3)  求系數(shù)輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  由結(jié)構(gòu)對稱對稱性可知:輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  則 輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  4)求自由項輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  由于組合截面因膨脹作用產(chǎn)生的輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究已求出。因此

    輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  5)內(nèi)力計算

    輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  求出輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究,就可以求出任一截面的彎矩和軸力,就可以求得傳感器位置處由次內(nèi)力所產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變。將以上三部分所得結(jié)果相疊加,便可得到本時段的應(yīng)力應(yīng)變增量。據(jù)此即可求出整個時域內(nèi)每一時刻組合截面上各點的應(yīng)力和應(yīng)變。

  4、測控點應(yīng)力應(yīng)變實測值與理論值對比分析

  根據(jù)以上理論及公式,編制了相應(yīng)程序,對加固過程中埋設(shè)的傳感器進(jìn)行了分析計算,限于篇幅,程序框圖不再給出。計算中所需參數(shù)均參考文獻(xiàn)[4]。

   輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  圖5 512#傳感器理論、實測應(yīng)變對比圖  圖6  512#傳感器理論、實測應(yīng)力對比圖

   輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  圖7 683#傳感器理論、實測應(yīng)變對比圖  圖8 683#處傳感器理論、實測應(yīng)力對比圖

   輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  圖9 664#傳感器理論、實測應(yīng)變對比圖  圖10 664#傳感器理論、實測應(yīng)變對比圖

   輕質(zhì)高強微膨脹混凝土在舊橋加固中的應(yīng)用研究

  圖11 530#傳感器理論、實測應(yīng)變對比圖  圖12 530#傳感器理論、實測應(yīng)力對比圖

  1)  在澆筑初期,由于水泥凝固時要散發(fā)大量水化熱,因此傳感器就會由于溫度的升高而伸長,所有傳感器在澆筑初期都出現(xiàn)拉應(yīng)變(拉應(yīng)變?yōu)檎?

  2)  采用輕質(zhì)高強膨脹混凝土加固,新加固拱肋部分在膨脹作用下伸長而上拱,因而有利于新舊混凝土結(jié)合。

  3)  膨脹變形作用下組合截面應(yīng)力重分布以及在超靜定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的次內(nèi)力在新加固截面中產(chǎn)生壓應(yīng)力(壓應(yīng)力為負(fù)),因此采用輕質(zhì)高強膨脹混凝土加固對原有拱肋具有顯著的消壓卸荷作用。

  5、結(jié)論

  本文將輕質(zhì)高強微膨脹混凝土應(yīng)用于橋梁主要受力構(gòu)件的加固改造。計算表明采用輕質(zhì)微膨脹混凝土加固對原有拱肋具有顯著的消壓卸荷作用,并且其自重輕,施工方便,強度高,能更好地與原有拱肋截面結(jié)合在一起。
Copyright © 2007-2022 cnbridge.cn All Rights Reserved
服務(wù)熱線:010-64708566 法律顧問:北京君致律師所 陳棟強
ICP經(jīng)營許可證100299號 京ICP備10020099號  京公網(wǎng)安備 11010802020311號