最新空心预制板桥梁的加固设计分析论文

时间：2021-08-31

最新空心预制板桥梁的加固设计分析论文

　　在先简支后结构连续桥梁中，墩顶现浇连续负弯矩段所承担的负弯矩和剪力是最大的。为弄清现有预制空心板板端负弯矩受力筋的实际握裹力大小，随机抽出６块空心板分别进行箍筋内、外侧负弯矩受力筋握裹力的抗拔试验。从最后的检测报告可知，箍筋外侧负弯矩受力筋在达到８０ｋＮ的设计抗拔力下，负弯矩钢筋及混凝土结合处没有任何变形和裂缝产生；箍筋内侧负弯矩受力筋在达到８０ｋＮ的设计抗拔力下，负弯矩钢筋和混凝土结合处有新裂缝产生，原有裂缝缝宽有加大现象。这说明箍筋外侧的负弯矩受力筋的握裹力损失较大。因施工原因，空心板板端负弯矩受力筋的握裹力受到一定程度的损失，使２０ｍ空心板弯矩受力区强度和耐久性受到影响，为保证空心板的强度和耐久性不低于原有设计标准，需要对现有预制空心板进行补强设计。

　　在掌握２０ｍ空心板的结构现状的基础上，结合结构分析验算，本着安全可靠、方便施工、经济合理的原则，提出预应力的套箍镶嵌补强措施。首先，为增强板端腹板的受弯能力，可将现浇段混凝土沿空心板空腔向内延伸，穿过８０ｃｍ的平滑段，到内腔膨大部分纵向３０ｃｍ，形成一个楔子一样的套箍镶嵌体。同时，当楔形体混凝土自然干燥时还会产生收缩作用，楔形体的反八字墙会与其两侧腹板紧紧咬合，将现浇连续段与空心板板端紧紧扣在一起，起着类似螺母作用，形成板端和现浇连续段整体受力的良好局面，不仅抵抗很大部分剪力，还能产生很好的抗弯效果。这样空心板板端不足的负弯矩由楔形体与两侧腹板紧紧咬合作用提供。由于套箍镶嵌体的存在，增加了空心板空腔内壁保护层的厚度及空心板腹板内壁混凝土与钢筋的握裹力，可防止内侧负弯钢筋受力出现侧崩现象，提高了负弯矩区强度的安全储备。

　　为防止楔形体对空心板顶板的翘顶作用，可将空心板空腔顶贴一层１ｃｍ厚塑料泡沫。空心板跨中允许正常挠度值１．５ｃｍ，极限挠度值３．３ｃｍ，按直线内插，在极限挠度情况下，楔形体最外端与板顶距离１－３．３×（１．１＋０．３）／１０≈０．５ｃｍ；同时，考虑到楔形体混凝土收缩和重力作用，楔形体最外端与板顶间空隙会远大于０．５ｃｍ，所以楔形体不会对空心板顶板形成翘顶作用。楔形体构造见图２。考虑到空腔顶贴膜和混凝土收缩，竖向仅考虑６５ｃｍ受压高度（实际空腔高７０ｃｍ）；查设计文件，Ｃ５０混凝土受压设计强度２２．４ＭＰａ，可得出，楔形体提供最大弯矩为（２２．４＋０）×１０６／２×０．３×０．６５×（０．６５×２／３）×２×０．８５＝１６０８ｋＮｍ。经过桥梁博士软件试算，在达到公路Ｉ级设计荷载情况下，桥梁仅需２３０ｋＮｍ负弯矩即可满足设计条件，而补强措施提供的１６０８ｋＮｍ的弯矩能极大地满足设计要求，并且具备较多的安全储备。空心板板端经上述补强后，经计算，其结构抗剪力满足设计要求，但现浇连续段墩顶的裂缝还是有些超标，说明墩顶的结构还不能满足抵抗负弯矩要求。

　　在墩顶纵向２．８ｍ范围内施加预应力直径３２ｍｍ的冷拉ＩＶ级精轧螺纹钢筋（中板２排，边板３排，每个锚固端控制张拉力１５０ｋＮ左右），以抵抗桥梁施工、运营阶段所产生的裂缝。墩顶施加预应力后，经计算，现浇连续段墩顶的裂缝满足设计要求，同时为增强预制空心板板端与现浇连续段的整体受力性能，建议在第３排和第４排（其他位置受锚具干扰）负弯矩受力钢筋下增加２排横向直径３２ｍｍ精轧螺纹粗钢筋，这样不仅增强预制空心板板端与现浇连续段的整体受力性能，也增强现浇连续段的横向刚度，对提供预制空心板板端抗剪能力也起一个有利的'“扁担”作用。经过计算分析表明：①对于承载能力极限状态下，加固后的负弯矩值为１１２０ｋＮｍ，大于设计要求的９７０ｋＮｍ，因此使用套箍镶嵌加固的弯矩满足设计的要求；②对于正常使用极限状态下，使用套箍镶嵌加固后的空心板现浇段上缘裂缝宽度为０．０２ｍｍ，满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ＪＴＧＤ６２—２００４）要求的０．２ｍｍ。上述结果表明，通过预应力的套箍镶嵌加固后，在承载能力极限状态下，加固后的弯矩得到了很大程度的提高，满足了设计要求。在正常使用极限状态下，现浇连续段的裂缝得到了很好的控制，满足原设计要求。经过补强后，空心板现浇段抗弯、抗剪能力得到了很大的改善，且具有较好的安全储备，使得桥梁能够满足以后的行车需要。

　　桥梁病害产生的原因多种多样，每一种桥梁病害都有其特殊性，需要根据具体桥梁病害的特点，结合现有的桥梁加固方法，提出适合具体桥梁的加固方法。本文针对某空心预制板桥梁病害特征，提出了一种桥梁加固的套箍镶嵌法，结果表明，该加固方法的加固效果理想，对今后类似桥梁的加固有一定的借鉴意义。（本文作者：汪进玉单位：中铁十九局集团第六工程有限公司）

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