預應力混凝土連續(xù)剛構橋的加固設計
2015-07-09
前言
文章對預應力混凝土連續(xù)剛構橋的現(xiàn)狀進行了介紹，對預應力混凝土連續(xù)剛構橋裂縫成因進行了闡述，通過分析，并結合自身實踐經(jīng)驗和相關理論知識，對預應力混凝土連續(xù)剛構橋的加固措施進行探討。
二、預應力混凝土連續(xù)剛構橋的現(xiàn)狀
1964年,聯(lián)邦德國所建成的主跨達208m地本道夫橋非常成功的現(xiàn)實了懸臂施工方法的優(yōu)勢,并且在結構上有創(chuàng)新之舉,薄型主墩和上部的連續(xù)梁固結組合形成帶鉸的連續(xù)鋼構體系。而1985年由澳大利亞所建成的主跨達260m的門道橋使連續(xù)鋼構體系的優(yōu)點得到了更加充分的體現(xiàn)。
預應力混凝土連續(xù)剛構橋是預應力橋梁的一種,擁有整體性能與抗震性能好、變形小、剛度大,尤其是主梁變形撓曲線平緩,行車的舒適性佳,橋面的伸縮縫少等優(yōu)點。在國內(nèi),連續(xù)剛構橋的施工和設計都已比較成熟,能夠有效控制施工的質量和工期,在成橋之后所需的養(yǎng)護工作也較少。通常,預應力混凝土連續(xù)剛構橋的適用范圍是150m。
連續(xù)剛構橋是由墩梁固結而成的連續(xù)結構,綜合了T型剛構與連續(xù)梁的受力特點,使橋梁的跨越能力與行車性能得到了大幅度提高。通過高墩的柔度來適應由于預應力、溫度和混凝土收縮所導致的位移。使用連續(xù)鋼構體系能夠在保持連續(xù)梁體系優(yōu)點的同時擁有自己的特點,和設支座的連續(xù)梁橋相比,連續(xù)剛構橋由于不需臨時錨固而省去了大噸位盆式支座,降低了造價;既保持了行車平穩(wěn)、無伸縮縫的優(yōu)點,還不需要在支墩處設置支座與體系轉換,更加方便了施工的開展;同時,具有的橫向扭剛度和順橋向抗彎滿足了大跨徑橋梁所需的受力要求。由于這些特點,大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋在橋梁工程領域非?；钴S。國內(nèi)外均有相當多的大跨徑連續(xù)剛構橋。
我國從20世紀50年代始修建混凝土梁橋,雖然與歐洲相比起步較晚,但是在50多年的歷史中已經(jīng)得到了迅速發(fā)展,如今我國在預應力的混凝土橋梁設計、試驗研究、結構分析、施工工藝、工藝設備和預應力材料等方面都已經(jīng)取得了不錯的成績,特別是預應力混凝土梁橋的施工和設計都有著非常高的水準。我國在1997年所建成的虎門大橋副航道橋主跨達270m,將連續(xù)剛構橋的跨越能力體現(xiàn)到了極致。
三、預應力混凝土連續(xù)剛構橋裂縫成因分析
1.頂、底板裂縫
預應力混凝土連續(xù)剛構橋主箱梁底板跨中區(qū)張拉錨固后出現(xiàn)的縱向裂縫,以及在箱梁具有較長懸臂翼緣板時,在頂板懸臂根部或寬箱梁在頂板跨中出現(xiàn)的縱向裂縫,同樣廣泛受到關注。對某大跨度連續(xù)剛構橋進行檢測分析,得出導致大橋兩次邊跨和中跨跨中及兩邊跨均出現(xiàn)貫通底板全寬的橫向裂縫可能的原因是:縱向預應力有效性降低、荷載增加、混凝土強度不足等。對一座三跨預應力混凝土雙箱雙室變截面V墩剛構橋底板產(chǎn)生裂縫的原因進行了空間分析,得出箱梁復雜的應力狀態(tài)及底板橫橋向拉應力過大是引起底板縱向裂縫的主要原因。同時底板預應力管道周圍混凝土相對收縮快,截面相對較弱也是一個不可忽視的因素。
橫隔板裂縫
預應力混凝土連續(xù)剛構橋橫隔板裂縫主要為箱梁橋橫隔板孔洞周圍放射狀裂縫和孔洞之間的豎向裂縫。箱梁橫隔板孔洞的放射狀裂縫主要是因孔洞周圍應力集中產(chǎn)生的。通過對主拉應力進行局部的塊體有限元分析,并采用適當?shù)臉嬙齑胧?可以避免這類裂縫的產(chǎn)生。箱梁孔洞之間的豎向裂縫是軸向的劈裂裂縫。為了避免這類裂縫的產(chǎn)生,應首先進行局部的有限元分析,對于可能發(fā)生豎向裂縫的部位增加防裂構造鋼筋。
腹板收縮裂縫特征：大多在脫模后2～3d內(nèi)發(fā)生；裂縫通常由底板到頂板裂通，寬度一般為0.2～0.4mm，施加預應力后一般會閉合。原因：多為混凝土收縮和溫差所致，如極低的外界溫度，混凝土混和料進行預熱，使應力分布不均；另一方面，若箱梁澆注后模板保留時間太長，由于兩側模板提供了雙倍的摩擦表面阻止腹板收縮，而頂?shù)装宓哪０寮s束就小得多，因此，引起錯動開裂。4.箱梁構造裂縫在箱梁中，如果腹板的厚度比頂板、底板大得多，它們即使同時澆注也會產(chǎn)生錯動裂縫，因為，很薄的頂?shù)装褰禍睾芸欤湛s也很快；而較厚的腹板降溫慢，趕不上頂?shù)装宓氖湛s速度，加之，腹板的剛度遠大于頂?shù)装宓膭偠?，頂?shù)装宓氖湛s力無法帶動腹板同時收縮，只能引起自身開裂裂縫。5.曲線崩裂由于設計預應力鋼筋的曲線布置或施工不當造成的曲折，使得徑向力成為附加的法向荷載，以致管壁混凝土局部劈裂。其可表現(xiàn)為：①曲底箱梁底板束崩裂；②平面彎曲橋梁腹板束崩裂；③彎曲束管壁開裂和體外轉向點開裂；④局部突彎處裂縫和崩裂。其原因有設計放崩錨固鋼筋不當和施工時管道變形兩種。6.合攏澆注段裂縫合攏澆注段裂縫形式上可分為早期裂縫和合攏內(nèi)力裂縫。在合攏段澆注時，相鄰混凝土收縮完成尚在40％下而強度在75％以上，兩側撓度不斷變化，溫差變化也使得合攏段的早齡期混凝土承受著反復的撓曲及拉壓，而且，合攏段是橋梁中承受活載彎矩較大的部位，因此，容易形成早期裂縫；在裂縫成形后再施加的預應力不能使這些裂縫閉合，混凝土的有效截面減小，以至于受壓區(qū)應力增大。當合攏段混凝土強度達75％設計強度后可以張拉合攏段預應力鋼筋并撤除模架。撤除模架的反力與合攏預應力彎矩均為負彎矩，如果考慮不周會造成頂板開裂，形成合攏內(nèi)力裂縫。
四、預應力混凝土連續(xù)剛構橋的加固措施
1.針對承載能力不足的加固措施
目前,針對橋梁承載能力不足的加固方法主要有:a)通過增大原結構構件截面提高原結構的強度和剛度;b)更換結構構件或新增構件,取代承載能力不足的構件;c)改變原結構的受力體系,降低部分構件的受力;d)對原結構施加外應力,以改變其應力分布,達到提高原結構的強度和剛度。對于大跨徑的連續(xù)剛構橋,針對承載能力不足的橋梁進行加固設計,一般應堅持加固過程中所產(chǎn)生的附加重量較小的原則。由于體外預應力具有平衡活載作用,有給主梁卸載的效果,對改善舊橋的下?lián)蠣顩r是十分有利的,且可使裂縫減小或閉合。所以,體外預應力索在橋梁加固中有廣泛應用的范圍。采用體外預應力索,使梁的抗彎、抗剪強度及剛度得以增大;并通過設置橫隔板來適應預應力索的轉向,使橋梁受力明確。另外,該方案具有施工設備簡單、施工操作容易、施工速度快和在施工過程中基本不中斷交通等優(yōu)點。在加固中,對橋跨下?lián)蠁栴}只是將橋面線形順暢即可,以減少修復橋面所填補的重量。
2.針對混凝土開裂的加固措施
為了約束箱梁裂縫的進一步發(fā)展,加強對腹板混凝土的約束,增強腹板抗剪承載能力和剛度,可采取腹板內(nèi)側粘貼鋼板的措施。采用環(huán)氧樹脂或建筑結構膠將鋼板、鋼筋或玻璃鋼等抗拉強度高的材料粘貼在鋼筋混凝土受彎和受剪構件表面,并用對穿螺拴或種植鋼筋固定,使之與結構形成整體,從而提高構件的抗剪能力,約束裂縫的擴展。
結束語
混凝土開裂是預應力混凝土連續(xù)剛構橋中的一個主要問題，加固的方式有很多，但是卻會造成很多不便，一些混凝土問題是可以避免的，我們應該避免。
