预应力混凝土连续箱梁加固计算研究

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发布时间：2021-09-04

资料介绍

纵向预应力损失
主桥运行不到4年，左、右幅桥跨中高程相对设计
值分别下挠3．4，3．7 cm。说明桥梁在后期运营过程
中，主梁内部有效预应力值低于设计值，导致桥梁建成
初期下挠值较大。预应力损失对主跨跨中挠度的影响
见表1。考虑施工测量误差因素，预应力损失暂时按
10％考虑。
表1 预应力损失对主跨跨中挠度的影响
2．3 竖向预应力损失
实际施工过程中，由于受钢筋回缩、锚具变形等因
素的影响，施工质量往往达不到技术要求，竖向预应力
损失较大，暂时按全部损失考虑。
2．4 平面有限元计算(SCDS)
在恒载(结构自重+纵向预应力损失10％ +竖向
预应力全部损失)+超载车队+温度荷载组合作用
下，分别对主桥箱梁承载能力极限状态和正常使用极
限状态进行检算。其中，3种超载车队分别代表3种
荷载工况。
1)实际通行荷载超载系数
3种超载车队作用下主桥边跨、中跨产生的最大
弯矩与原设计荷载效应的比值为实际通行车辆荷载超
载系数。车队l、车队2和车队3实际通行荷载超载
系数分别为1．3，1．9，2．0。
2)承载能力极限状态检算
计算主桥箱梁正截面抗弯承载能力安全系数。在
工况1作用下>1 ，满足要求，在工况2与工况3作用
下均<1，不满足规范要求。斜截面抗剪承载能力最小
安全系数为1。
3)正常使用极限状态检算
正截面抗裂检算。在工况1作用下，边、中跨12 ，
13 块及合龙段附近截面混凝土均出现拉应力；在工况
2、工况3作用下，边、中跨11 ～13 块及合龙段附近截
面混凝土均出现拉应力。不满足全预应力混凝土构件
规范要求，部分截面不能满足A类预应力构件要求。
斜截面抗裂检算。在工况1作用下，中跨9 ～1 1
块附近截面(腹板厚度渐变段)出现较大主拉应力；在
工况2、工况3作用下，边跨9 ～10 块、中跨8 ～l3
块附近截面(腹板厚度渐变段)出现较大主拉应力。
不满足全预应力混凝土构件规范要求，部分截面不能
满足A类预应力构件要求。
38 铁道建筑
2．5 空间有限元计算(ANSYS)
采用空间有限元软件ANSYS对主桥箱梁进行整
体及局部专项计算分析，整体计算结果与平面有限元
计算结果基本一致，局部专项计算结果有效补充了结
构的空间效应。
1)考虑纵向预应力与竖向预应力损失，在原设计
荷载(公路一I级)作用下，中跨跨中底板出现拉应力，
边跨跨中底板压应力储备也很小，若常有超重车辆活
载作用，箱梁底板下缘很容易出现横桥向裂缝。8 一
13 块(腹板厚度渐变段)腹板出现较大的主拉应力，
腹板内侧主拉应力大于外侧，表明箱梁腹板内侧出现
斜裂缝的可能性要大于外侧表面，与桥梁实际开裂情
况基本一致。
2)主桥箱梁在边、中跨合龙段底板附近存在较多
崩裂与空鼓缺陷。结合工程经验，对纵向预应力定位
偏差影响进行专项分析：单截面偏差，边跨箱梁11 截
面预应力位置上浮15 cm；三截面反向偏差，11 截面向
上15 cm，10 和12 截面向下10 cm。比较纵向预应力
竖向定位偏差与原设计状态的差别，箱梁底板预应力
定位偏差时底板下表面正应力对比曲线见图4。
皇
杂
诅
纵桥向位置
(a)纵桥向正应力
纵桥向位置
(b)横桥向正应力
图4 箱梁底板预应力定位偏差时底板下表面正应力
对比曲线
对于11 截面而言，单截面偏差和三截面反向偏
差相对于原设计应力变化情况：纵桥向正应力分别增
大2．89，4．42 MPa；横桥向正应力分别增大1．52，
2．55 MPa。
计算结果表明：若底板纵向预应力钢束定位存在
偏差，如小半径拐点、节段错台等，局部预应力钢束曲
率会变大，预应力钢束引起的下崩力将相应增大，造成
底板应力集中。加上纵向预应力钢束管道对截面的消
弱，容易导致底板混凝土分层劈裂或局部剥落。
3 维修加固
3．1 加固措施
3．1．1 原结构备用束
原结构底板与顶板均设置备用束，其中底板备用
束在边跨布置2束，中跨布置4束，共计8束。
利用原预应力备用束可以增加箱梁底板应力储
备，提高结构承载能力。由于原结构已经出现较严重
病害，若启用备用束，按照张拉控制应力为0． =
930 MPa考虑，边跨箱梁底板压应力会增加0．75 MPa，
中跨增加0．53 MPa，但箱梁边、中跨跨中底板会分别
增加0．65和0．34 MPa的横向拉应力。另外，考虑该
桥底板存在较多空鼓、纵向裂缝、混凝土崩裂等病害，
特别是预应力钢束定位可能存在一定的偏差，若张拉
备用束，很可能会再次引起底板混凝土崩裂，加重桥梁
病害。故本次维修加固设计不考虑启用备用束，采用
钢板对齿块端部进行密封。
3．1．2 箱内增设体外预应力
增设体外预应力是解决预应力储备不足最有效的
方法：在两侧62 ITI边跨箱内各布置6束12—765环氧
涂层钢铰线体外索；100 m 中跨箱内布置8束12—765
环氧涂层钢铰线体外索，张拉控制应力为0．6L ，张拉
力为1 870 kN。
，体外预应力钢束利用7 墩、8 墩横隔板以及钢结
构支架作为转向支点，在6 墩、9 墩底板厚度渐变段及
7 墩、8 墩横隔板设置锚固块，通过植筋与端横梁
连接。
3．1．3 腹板粘贴钢板
根据计算结果，边跨8 ～11 块、中跨7 ～12 块腹
板存在较大的主拉应力，故在腹板内侧与外侧粘贴一
层钢板。腹板外侧为45。斜向钢板，腹板内侧采用纵
向粘贴钢板方式加固。
3．1．4 桥面铺装改造
原设计桥面铺装构造为8 cm 混凝土调平层
+12 cm沥青混凝土，总厚度为20 em。本次维修通过
减薄沥青铺装层厚度从而减轻结构恒载，凿除原桥面
铺装层沥青混凝土，重新铺装5 em 厚SMA．13。桥面
铺装实际减薄7 cm，单幅桥恒载减轻19．3 kN／m。
3．1．5 主梁底板混凝土局部崩裂处理
维修施工前通过在边跨合龙段底部增设临时支
点，布置2×2台50 t千斤顶，总顶升力为800 kN，为
整个施工过程提供可靠的安全保障。
针对轻微崩裂或空鼓部位，凿除破损混凝土，清理
干净后采用改性环氧砂浆进行修复，在底板上、下面粘
贴纵向钢板并植入M12钢螺杆进行固