體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁主跨跨中的應(yīng)用

外部預(yù)測(cè)是混凝土構(gòu)件剖面之外的后張預(yù)測(cè)鋼筋的預(yù)測(cè)力。預(yù)測(cè)筋只能連接到錨定區(qū)域和轉(zhuǎn)向塊中的組件。其一般布置形式有直線(xiàn)體外束束形或雙折線(xiàn)體外束束形。目前該技術(shù)已應(yīng)用于橋梁工程建設(shè)中,并在舊橋加固中得到廣泛應(yīng)用,研究結(jié)果表明體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土箱梁對(duì)減小結(jié)構(gòu)變形是顯著的。1體外預(yù)應(yīng)力束傳遞方式的特殊性體外預(yù)應(yīng)力索、體外預(yù)應(yīng)力鋼束的錨固系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向裝置,以及相應(yīng)的防腐系統(tǒng)組成了體外預(yù)應(yīng)力混凝土系統(tǒng),如圖1。體外預(yù)應(yīng)力束選擇、設(shè)計(jì)和優(yōu)化是體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)容之一,根據(jù)體外預(yù)應(yīng)力束在橋梁加固工程中的使用與施工條件,提出體外預(yù)應(yīng)力束的初步布置方案,通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與束形分化的過(guò)程,確定體外預(yù)應(yīng)力束的束形最終設(shè)計(jì)布置方案,與體內(nèi)配置的預(yù)應(yīng)力筋相比,體外預(yù)應(yīng)力束傳遞預(yù)應(yīng)力的方式具有其特殊性,即預(yù)應(yīng)力作用反通過(guò)錨固區(qū)域節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)向塊來(lái)傳遞,因此,進(jìn)行錨固局域節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)向塊節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。2大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋加固橋梁(如圖2)全長(zhǎng)為454m,橋面設(shè)2.7%的單向縱坡,橋上無(wú)豎曲線(xiàn),橋面橫坡為雙向2%。主橋上部結(jié)構(gòu)為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu),跨徑布置為122m+210m+122m。箱梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),采用單箱單室截面,箱梁頂板寬22.5m,底板寬11m,外翼緣懸臂長(zhǎng)5.75m,箱梁頂板設(shè)置成2%雙向橫坡。箱梁根部梁高12.5m,跨中及邊跨現(xiàn)澆段梁高為3.5m。從中跨跨中至箱梁根部,梁高以半立方拋物線(xiàn)變化。該橋梁建成于2006年,經(jīng)過(guò)幾年運(yùn)營(yíng)后該橋出現(xiàn)主梁下?lián)系牟『?檢測(cè)發(fā)現(xiàn)主跨及邊跨下?lián)铣潭染壤碚摲治鲋荡?其中主跨跨中尤為嚴(yán)重。以主墩為相對(duì)參照零點(diǎn),主跨跨中殘留預(yù)拱度值不到3.2cm;橋梁合攏時(shí)溫度為20℃,溫度為35℃,按橋梁均勻升溫15℃進(jìn)行計(jì)算,溫度引起橋梁跨中上撓-2.1cm,因此,若考慮溫度力作用,則原設(shè)置預(yù)拱度值基本消耗殆盡。根據(jù)國(guó)內(nèi)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),該類(lèi)型橋的下?lián)现芷趹?yīng)在10年左右,也即未來(lái)7到8年該橋還會(huì)繼續(xù)下?lián)?。同時(shí)主梁下?lián)鲜沟孟淞旱装宕蠓秶鷥?nèi)存在縱向貫通裂縫(如圖3),裂縫沿箱梁中心線(xiàn)左右對(duì)稱(chēng)分布,平均間距15-25cm。3外部預(yù)測(cè)的加固疲勞分析3.1抗剪加固措施該橋梁在建橋施工時(shí),已對(duì)箱梁底板采用粘貼鋼板進(jìn)行加固,現(xiàn)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn),共有47處錨栓松動(dòng),部分錨栓銹蝕,此種情況的出現(xiàn)使得主梁跨中有呈現(xiàn)繼續(xù)下?lián)系内厔?shì)。為延緩該橋跨中繼續(xù)下?lián)系内厔?shì)和適當(dāng)恢復(fù)橋面線(xiàn)形,加強(qiáng)腹板截面抗剪能力,抑制裂縫的擴(kuò)展,對(duì)該橋采用主梁增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束的措施進(jìn)行加固整治。體外預(yù)應(yīng)力束設(shè)置在主橋中跨,兩端分別錨固于兩0號(hào)塊橫隔板的邊跨側(cè),整個(gè)橋跨共設(shè)置8束19根Ф15.2mm的體外預(yù)應(yīng)力束,每個(gè)腹板對(duì)應(yīng)4束,通過(guò)5個(gè)轉(zhuǎn)向板分四批進(jìn)行下彎,錨下控制應(yīng)力為1116MPa。3.2預(yù)應(yīng)力加固反拱撓度計(jì)算公式與梁受力關(guān)系體外預(yù)應(yīng)力加固撓度分析時(shí),將預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力視為作用在梁上的外力,而預(yù)應(yīng)力筋的作用將對(duì)原橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)反拱撓度f(wàn),其與荷載引起的向下?lián)隙认喾?因此在本工程中采用體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁將延緩該橋繼續(xù)下?lián)系内厔?shì)并適當(dāng)恢復(fù)橋面線(xiàn)形。采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中圖乘法對(duì)加固后的反拱撓度f(wàn)進(jìn)行理論的推導(dǎo),并與最終的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。在預(yù)應(yīng)力筋的拉力Ny作用下,混凝土梁的反拱撓度可由圖4的計(jì)算圖式確定,此時(shí)梁的剛度取為EhIo。預(yù)應(yīng)力筋拉力作用下的內(nèi)力為梁端彎矩Mo=nyη(h1cosa-xsina)梁中端彎矩M1=-Nyh2式中x-支點(diǎn)到所計(jì)算截面的水平距離;h1-錨固點(diǎn)到換算截面形心軸的距離;h2-預(yù)應(yīng)力筋重心到換算截面的形心軸的距離。梁在單位力p=1作用下的彎矩圖如圖4所示。由圖乘法得Δk=?M—kMpEIds=ωyoEIΔk=?Μ—kΜpEΙds=ωyoEΙ根據(jù)圖4得Δk=ωyiEhIo=Nyη(h1cosα?lisinα)×l1×2l13EhIo?Nyh2l22×l12+Nyh2l22(L4?l12)×12×2EhIo=NyEhIo[13ηl12(h1cosα?l1sinα)?l24(l1+12L)h2]Δk=ωyiEhΙo=Νyη(h1cosα-lisinα)×l1×2l13EhΙo-Νyh2l22×l12+Νyh2l22(L4-l12)×12×2EhΙo=ΝyEhΙo[13ηl12(h1cosα-l1sinα)-l24(l1+12L)h2]經(jīng)過(guò)修正得體外預(yù)應(yīng)力加固反拱撓度為f=NyλEI[13ηl12(h1cosα?l1sinα)?l24(l1+12L)h2]f=ΝyλEΙ[13ηl12(h1cosα-l1sinα)-l24(l1+12L)h2]式中l(wèi)1-錨固點(diǎn)至轉(zhuǎn)向塊的距離;L-梁跨長(zhǎng)度;η-轉(zhuǎn)向塊兩端預(yù)應(yīng)力筋的用力的關(guān)系系數(shù);λ-剛度折減系數(shù),一般為0.85。4反拱撓度計(jì)算公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公