預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的加固設(shè)計(jì)
2015-07-09
前言
文章對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫成因進(jìn)行了闡述，通過(guò)分析，并結(jié)合自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的加固措施進(jìn)行探討。
二、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的現(xiàn)狀
1964年,聯(lián)邦德國(guó)所建成的主跨達(dá)208m地本道夫橋非常成功的現(xiàn)實(shí)了懸臂施工方法的優(yōu)勢(shì),并且在結(jié)構(gòu)上有創(chuàng)新之舉,薄型主墩和上部的連續(xù)梁固結(jié)組合形成帶鉸的連續(xù)鋼構(gòu)體系。而1985年由澳大利亞所建成的主跨達(dá)260m的門(mén)道橋使連續(xù)鋼構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)得到了更加充分的體現(xiàn)。
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋是預(yù)應(yīng)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(diǎn)。在國(guó)內(nèi),連續(xù)剛構(gòu)橋的施工和設(shè)計(jì)都已比較成熟,能夠有效控制施工的質(zhì)量和工期,在成橋之后所需的養(yǎng)護(hù)工作也較少。通常,預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的適用范圍是150m。
連續(xù)剛構(gòu)橋是由墩梁固結(jié)而成的連續(xù)結(jié)構(gòu),綜合了T型剛構(gòu)與連續(xù)梁的受力特點(diǎn),使橋梁的跨越能力與行車性能得到了大幅度提高。通過(guò)高墩的柔度來(lái)適應(yīng)由于預(yù)應(yīng)力、溫度和混凝土收縮所導(dǎo)致的位移。使用連續(xù)鋼構(gòu)體系能夠在保持連續(xù)梁體系優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)擁有自己的特點(diǎn),和設(shè)支座的連續(xù)梁橋相比,連續(xù)剛構(gòu)橋由于不需臨時(shí)錨固而省去了大噸位盆式支座,降低了造價(jià);既保持了行車平穩(wěn)、無(wú)伸縮縫的優(yōu)點(diǎn),還不需要在支墩處設(shè)置支座與體系轉(zhuǎn)換,更加方便了施工的開(kāi)展;同時(shí),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(diǎn),大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在橋梁工程領(lǐng)域非?；钴S。國(guó)內(nèi)外均有相當(dāng)多的大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋。
我國(guó)從20世紀(jì)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(guó)在預(yù)應(yīng)力的混凝土橋梁設(shè)計(jì)、試驗(yàn)研究、結(jié)構(gòu)分析、施工工藝、工藝設(shè)備和預(yù)應(yīng)力材料等方面都已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī),特別是預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋的施工和設(shè)計(jì)都有著非常高的水準(zhǔn)。我國(guó)在1997年所建成的虎門(mén)大橋副航道橋主跨達(dá)270m,將連續(xù)剛構(gòu)橋的跨越能力體現(xiàn)到了極致。
三、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋裂縫成因分析
1.頂、底板裂縫
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)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(zhǎng)懸臂翼緣板時(shí),在頂板懸臂根部或?qū)捪淞涸陧敯蹇缰谐霈F(xiàn)的縱向裂縫,同樣廣泛受到關(guān)注。對(duì)某大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行檢測(cè)分析,得出導(dǎo)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(yù)應(yīng)力有效性降低、荷載增加、混凝土強(qiáng)度不足等。對(duì)一座三跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙箱雙室變截面V墩剛構(gòu)橋底板產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行了空間分析,得出箱梁復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)及底板橫橋向拉應(yīng)力過(guò)大是引起底板縱向裂縫的主要原因。同時(shí)底板預(yù)應(yīng)力管道周圍混凝土相對(duì)收縮快,截面相對(duì)較弱也是一個(gè)不可忽視的因素。
橫隔板裂縫
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)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(yīng)力集中產(chǎn)生的。通過(guò)對(duì)主拉應(yīng)力進(jìn)行局部的塊體有限元分析,并采用適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施,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(yīng)首先進(jìn)行局部的有限元分析,對(duì)于可能發(fā)生豎向裂縫的部位增加防裂構(gòu)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(yù)應(yīng)力后一般會(huì)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(jìn)行預(yù)熱，使應(yīng)力分布不均；另一方面，若箱梁澆注后模板保留時(shí)間太長(zhǎng)，由于兩側(cè)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(cuò)動(dòng)開(kāi)裂。4.箱梁構(gòu)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(shí)澆注也會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)裂縫，因?yàn)?，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(yuǎn)大于頂?shù)装宓膭偠?，頂?shù)装宓氖湛s力無(wú)法帶動(dòng)腹板同時(shí)收縮，只能引起自身開(kāi)裂裂縫。5.曲線崩裂由于設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的曲線布置或施工不當(dāng)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(kāi)裂和體外轉(zhuǎn)向點(diǎn)開(kāi)裂；④局部突彎處裂縫和崩裂。其原因有設(shè)計(jì)放崩錨固鋼筋不當(dāng)和施工時(shí)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(shí)，相鄰混凝土收縮完成尚在40％下而強(qiáng)度在75％以上，兩側(cè)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(fù)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(yù)應(yīng)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(yīng)力增大。當(dāng)合攏段混凝土強(qiáng)度達(dá)75％設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可以張拉合攏段預(yù)應(yīng)力鋼筋并撤除模架。撤除模架的反力與合攏預(yù)應(yīng)力彎矩均為負(fù)彎矩，如果考慮不周會(huì)造成頂板開(kāi)裂，形成合攏內(nèi)力裂縫。
四、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的加固措施
1.針對(duì)承載能力不足的加固措施
目前,針對(duì)橋梁承載能力不足的加固方法主要有:a)通過(guò)增大原結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面提高原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度;b)更換結(jié)構(gòu)構(gòu)件或新增構(gòu)件,取代承載能力不足的構(gòu)件;c)改變?cè)Y(jié)構(gòu)的受力體系,降低部分構(gòu)件的受力;d)對(duì)原結(jié)構(gòu)施加外應(yīng)力,以改變其應(yīng)力分布,達(dá)到提高原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。對(duì)于大跨徑的連續(xù)剛構(gòu)橋,針對(duì)承載能力不足的橋梁進(jìn)行加固設(shè)計(jì),一般應(yīng)堅(jiān)持加固過(guò)程中所產(chǎn)生的附加重量較小的原則。由于體外預(yù)應(yīng)力具有平衡活載作用,有給主梁卸載的效果,對(duì)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(yù)應(yīng)力索在橋梁加固中有廣泛應(yīng)用的范圍。采用體外預(yù)應(yīng)力索,使梁的抗彎、抗剪強(qiáng)度及剛度得以增大;并通過(guò)設(shè)置橫隔板來(lái)適應(yīng)預(yù)應(yīng)力索的轉(zhuǎn)向,使橋梁受力明確。另外,該方案具有施工設(shè)備簡(jiǎn)單、施工操作容易、施工速度快和在施工過(guò)程中基本不中斷交通等優(yōu)點(diǎn)。在加固中,對(duì)橋跨下?lián)蠁?wèn)題只是將橋面線形順暢即可,以減少修復(fù)橋面所填補(bǔ)的重量。
2.針對(duì)混凝土開(kāi)裂的加固措施
為了約束箱梁裂縫的進(jìn)一步發(fā)展,加強(qiáng)對(duì)腹板混凝土的約束,增強(qiáng)腹板抗剪承載能力和剛度,可采取腹板內(nèi)側(cè)粘貼鋼板的措施。采用環(huán)氧樹(shù)脂或建筑結(jié)構(gòu)膠將鋼板、鋼筋或玻璃鋼等抗拉強(qiáng)度高的材料粘貼在鋼筋混凝土受彎和受剪構(gòu)件表面,并用對(duì)穿螺拴或種植鋼筋固定,使之與結(jié)構(gòu)形成整體,從而提高構(gòu)件的抗剪能力,約束裂縫的擴(kuò)展。
結(jié)束語(yǔ)
混凝土開(kāi)裂是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋中的一個(gè)主要問(wèn)題，加固的方式有很多，但是卻會(huì)造成很多不便，一些混凝土問(wèn)題是可以避免的，我們應(yīng)該避免。
