侯菊芳

(江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330013)

體外預(yù)應(yīng)力法加固預(yù)應(yīng)力混凝土T梁

侯菊芳

(江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西南昌 330013)

針對橋梁病害現(xiàn)象，介紹了應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力法加固預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的方法，并從加固前和加固后兩方面分析比較了其加固效果，總結(jié)了加固施工中的注意事項(xiàng)，滿足T梁主拉應(yīng)力的規(guī)范要求。

預(yù)應(yīng)力鋼束，橫隔板，齒板，加固

1 橋梁概況及檢測現(xiàn)狀

1．1 橋梁簡況

某二級公路改建工程于2008年底建成通車，位于該公路設(shè)計(jì)里程K10+895有一座跨徑為5-50 m的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋。設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅱ級，設(shè)計(jì)洪水頻率為1/100。

該橋橋面寬度凈9 m+2×0．5 m，上部結(jié)構(gòu)主梁采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，預(yù)制梁頂板寬度1．5 m，梁頂橫坡為1．5%，T梁高度為2．7 m，高跨比為1/18．52，懸臂端部厚度20 cm，根部厚度為28 cm?？缰懈拱搴穸?0 cm，支點(diǎn)附近腹板厚度45 cm，腹板變化段長度為2．5 m，每跨T梁設(shè)置5道橫隔板，分別設(shè)在兩支點(diǎn)、1/4跨、跨中、3/4跨處。下部結(jié)構(gòu)為空心薄壁墩，樁柱式臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

1．2 橋梁病害

2010年對大橋進(jìn)行了檢測，由檢測報(bào)告可知，T梁主要病害為：

1)全橋5跨T梁共出現(xiàn)24條裂縫，大部分裂縫出現(xiàn)在跨中下緣位置，為豎向裂縫，個(gè)別裂縫貫通馬蹄呈現(xiàn)出U形，豎向裂縫均呈現(xiàn)出上窄下寬的形態(tài)，車輛通過時(shí)有明顯的開合現(xiàn)象，裂縫寬度為0．02 mm～0．11 mm，裂縫長度為20 cm ～125 cm;部分裂縫為縱向水平裂縫，主要分布在馬蹄的兩垂直側(cè)面，裂縫寬度為0．03 mm～0．10 mm，裂縫長度為120 cm ～920 cm;豎向及縱向水平裂縫深度為38 mm～52 mm。

2)橫隔板多處有混凝土碎裂、機(jī)械損傷、錯(cuò)位(3處)、未澆實(shí)及脫空現(xiàn)象。

3)現(xiàn)澆濕接縫多處跑模(5處)、外鼓及振搗不實(shí)。

4)T梁保護(hù)層厚度偏薄，50%的保護(hù)層厚度小于設(shè)計(jì)值。

2 加固設(shè)計(jì)

經(jīng)過對原結(jié)構(gòu)T梁計(jì)算分析，中梁及邊梁在承載能力極限狀態(tài)下抗彎承載能力不滿足規(guī)范要求，在設(shè)計(jì)荷載作用下，中梁跨中抗彎強(qiáng)度較設(shè)計(jì)極限彎矩小13%，邊梁跨中抗彎強(qiáng)度較設(shè)計(jì)極限彎矩小15%，說明T梁的抗彎承載能力嚴(yán)重不足，邊梁距梁端4 m～7 m的范圍抗剪強(qiáng)度較設(shè)計(jì)極限剪力小2%，不能滿足規(guī)范要求;在正常使用極限狀態(tài)下，邊梁下緣主拉應(yīng)力超限，不滿足規(guī)范要求;使用階段裂縫寬度驗(yàn)算中，邊梁裂縫寬度不滿足規(guī)范要求;從橋梁檢測報(bào)告中的靜載實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，橋梁存在橫向聯(lián)系偏弱，橫向傳力不理想及加載時(shí)T梁產(chǎn)生側(cè)向變形等現(xiàn)象。為確保該大橋的安全運(yùn)營及耐久性，須處治上部結(jié)構(gòu)T梁病害，并進(jìn)行加固處理。

2．1 增設(shè)體外縱向預(yù)應(yīng)力鋼束

預(yù)應(yīng)力束對稱布置在每片T梁腹板兩側(cè)，兩端分別錨固于梁端新增齒板上。每片T梁布置2根3-Φs15．24 mm(上排)和2根4-Φs15．24 mm(下排)的體外無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，腹板每側(cè)分別布置2根鋼束，分上下兩排，每側(cè)鋼束通過四個(gè)轉(zhuǎn)向塊進(jìn)行豎向彎轉(zhuǎn)，上排鋼束彎轉(zhuǎn)角度為7°，下排鋼束彎轉(zhuǎn)角度為6°，鋼束在新增齒板內(nèi)通過預(yù)埋鋼管進(jìn)行水平彎轉(zhuǎn)，彎轉(zhuǎn)角度為2．862°。豎向轉(zhuǎn)向塊左右兩側(cè)通過轉(zhuǎn)向塊錨固鋼板外包T梁馬蹄成為一個(gè)整體;每片T梁在跨中設(shè)置一道定位及減振錨卡，新增齒板與轉(zhuǎn)向塊之間的鋼束直線段設(shè)置一道定位及減振錨卡，預(yù)應(yīng)力鋼束采用兩端對稱張拉，錨下控制應(yīng)力為1 116 MPa。鋼束布置見圖1。

圖1 體外預(yù)應(yīng)力鋼束立面布置圖

2．2 上部結(jié)構(gòu)T梁間增設(shè)橫隔板

由檢測報(bào)告并結(jié)合原橋的計(jì)算分析結(jié)果，原結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系偏弱，在荷載作用下不能很好的對荷載進(jìn)行橫向分配，在加載情況下梁體有側(cè)向位移產(chǎn)生，為加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的整體性，提高橫向剛度，采用在橋跨T梁間增設(shè)橫隔板的辦法來解決橫向聯(lián)系弱的問題，每跨增設(shè)4道橫隔板，橫隔板厚度為20 cm。

2．3 常規(guī)病害修復(fù)措施

1)裂縫：裂縫寬度不小于0．15 mm的結(jié)構(gòu)受力裂縫采用壓漿法進(jìn)行修補(bǔ);非結(jié)構(gòu)受力裂縫和寬度小于0．15 mm的裂縫采用封閉法進(jìn)行修補(bǔ)。

2)混凝土局部破損：清理破損區(qū)域，露出堅(jiān)實(shí)界面，用改性聚合物水泥砂漿修補(bǔ)。

3)露筋銹蝕：清理露筋區(qū)域，對鋼筋除銹，用改性聚合物水泥砂漿修補(bǔ)，在修補(bǔ)范圍及周邊涂刷滲透型阻銹劑(抗?jié)B劑)。

3 加固效果理論分析

3．1 T梁加固前、后驗(yàn)算分析比較

對T梁加固前、后的應(yīng)力、承載能力及變形情況進(jìn)行驗(yàn)算比較，主要計(jì)算結(jié)果見表1～表3。

3．2 新增齒板及轉(zhuǎn)向塊局部分析

體外預(yù)應(yīng)力新增齒板錨下混凝土局部抗壓承載力、抗剪承載力、抗拉承載力驗(yàn)算，轉(zhuǎn)向塊抗剪及齒板處局部應(yīng)力分析見表4～表7。

對T梁新增齒板錨固區(qū)進(jìn)行局部分析，計(jì)算模型采用實(shí)體單元建立，如圖2所示。

表1 正常使用極限狀態(tài)抗裂性及持久狀況應(yīng)力驗(yàn)算對比表MPa

表2 承載能力極限狀態(tài)驗(yàn)算對比表

表3 T梁抗裂驗(yàn)算對比表

表4 新增齒板錨下局部抗壓承載力驗(yàn)算表 kN

表5 新增齒板抗剪承載力驗(yàn)算表 kN

表6 新增齒板平彎鋼束處抗拉承載力驗(yàn)算表 kN·m

表7 轉(zhuǎn)向塊抗剪承載力驗(yàn)算表 kN

將體外預(yù)應(yīng)力作為面荷載施加在T梁新增齒板錨墊板區(qū)域，錨固區(qū)縱向正應(yīng)力的分布云圖如圖2所示。計(jì)算結(jié)果表明，體外預(yù)應(yīng)力張拉后，原結(jié)構(gòu)在新增齒板附近混凝土最大縱向正拉應(yīng)力為1．28 MPa，在產(chǎn)生拉應(yīng)力區(qū)域由于原結(jié)構(gòu)有足夠的壓應(yīng)力儲(chǔ)備，實(shí)際張拉后該區(qū)域處于受壓狀態(tài)。

3．3 T梁驗(yàn)算結(jié)論

加固后，T梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)得到改善，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)加固后T梁主拉應(yīng)力滿足規(guī)范要求;2)T梁跨中抗彎承載能力滿足規(guī)范要求中梁Mu/Mj=1．07，邊梁Mu/Mj=1．08;3)T梁最不利截面的抗剪承載能力滿足規(guī)范要求，中梁Qu/Qj=1．10，邊梁Qu/Qj=1．03;4)加固后T梁為全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件;5)新增齒板錨下混凝土局部抗壓承載力、抗剪承載力、抗拉承載力均滿足規(guī)范要求，齒板附近混凝土拉應(yīng)力較小，轉(zhuǎn)向塊抗剪能力滿足規(guī)范要求。

圖2 T梁體外預(yù)應(yīng)力錨固區(qū)應(yīng)力云圖

4 結(jié)語

由于本公路為重要的能源運(yùn)輸通道，交通量大，超載車輛多，本次加固設(shè)計(jì)中，由于梁體自重增加，應(yīng)對下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。

按公路—Ⅱ級荷載進(jìn)行加固后下部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，結(jié)論如下：

橋墩蓋梁抗彎、抗剪承載能力滿足規(guī)范要求，最大計(jì)算裂縫寬度滿足規(guī)范要求;橋臺(tái)臺(tái)帽抗彎、抗剪承載能力滿足規(guī)范要求，最大計(jì)算裂縫寬度滿足規(guī)范要求;墩、臺(tái)樁基豎向承載能力滿足規(guī)范要求，個(gè)別橋臺(tái)樁基豎向承載能力儲(chǔ)備偏低。

本橋?yàn)榭缭經(jīng)_溝而設(shè)，沖溝深度較大，兩岸地勢陡峭，且表面土層松軟或外露基巖破碎，所以加固不宜采用支架施工。綜合考慮施工難易程度，經(jīng)濟(jì)及安全等方面因素，建議采用搭設(shè)吊架的方法進(jìn)行施工;吊架采用吊桿，承重橫梁及保持整體穩(wěn)定性的縱向聯(lián)系形成主體承重結(jié)構(gòu)，用木板搭設(shè)施工操作平臺(tái)，兩側(cè)設(shè)置防落網(wǎng)，吊桿上端與種植在梁體的鋼筋連接，種植于梁體的鋼筋應(yīng)對稱設(shè)置在T梁兩側(cè)。

在施工時(shí)要注意以下問題：

1)新增齒板及橫隔板在梁體對應(yīng)位置植筋鉆孔前，應(yīng)針對情況類似的構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)性鉆孔，對所采用的器具、鉆孔方法驗(yàn)證后方可進(jìn)行正式鉆孔，以免對結(jié)構(gòu)造成不必要的損傷。2)預(yù)應(yīng)力鋼束鋼制轉(zhuǎn)向塊及錨卡，應(yīng)根據(jù)環(huán)境情況及防腐材料性能的要求，對鋼構(gòu)件每隔5年～8年進(jìn)行一次養(yǎng)護(hù)維修，重新涂裝防腐材料，以保證其耐久性及使用壽命。3)建議在張拉體外預(yù)應(yīng)力期間對梁體的應(yīng)力變化情況及位移進(jìn)行監(jiān)控，確保施工安全。

［1］JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］JTGD 62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［3］JTGD 60-2004，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范［S］．

On consolidation of prestressed concerte T beam with external prestressing strengthening method

HOU Ju-fang

(Jiangxi Communications Vocational and Technical College，Nanchang 330013，China)

According to the diseases on bridges，the paper introduces the application of the external prestressing strengthening method to consolidate the prestressed concrete T beam，compares its consolidation effect before and after the consolidation，and sums up the precautions in the consolidation construction，so as to enhance the regulation demands for the principal tensile stress of T beam．

prestressed cable，diaphragm plate，toothed plate，consolidation

TU746．3

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.077

1009-6825(2013)10-0026-02

2013-01-29

侯菊芳(1976-)，女，工程碩士，副教授