體外張拉技術(shù)在簡支T梁中的應(yīng)用

王進(jìn)維

(山西眾遠(yuǎn)交通建設(shè)工程技術(shù)咨詢有限公司，山西太原 030000)

1 概述

目前我國存有大量的普通混凝土簡支梁，這種T梁大多為20年前施工的橋梁，現(xiàn)在多數(shù)存在一些病害，位于陽曲縣黃寨附近的新陽大橋就是一座典型的簡支T梁，橋梁全長144.24 m，橋梁上部結(jié)構(gòu)為20 m裝配式混凝土簡支T梁，梁高1.5 m，混凝土為30 MPa，橋面鋪裝8 cm混凝土+4 cm瀝青混凝土，橋面凈寬9 m，兩邊有1.5 m的人行橫道，當(dāng)年設(shè)計荷載汽車—20級，掛車—100級，抗震設(shè)計烈度8度，設(shè)計洪水頻率1%。近些年由于車流量的增加，大車噸位的增大，為滿足通行實(shí)際情況，對原設(shè)計等級提高到公路—Ⅰ級。

2 病害情況

經(jīng)過20多年的運(yùn)營，該橋面鋪裝多處破壞，形成水坑，欄桿及附屬結(jié)構(gòu)也有損壞。濕接縫處有的地方出現(xiàn)滲水，侵蝕嚴(yán)重，有的混凝土剝落，部分地方露筋，T梁邊板有滲水現(xiàn)象，橫隔板有混凝土剝落和露筋記錄。經(jīng)過對該橋進(jìn)行加載檢測，各斷面的應(yīng)力、應(yīng)變及撓度符合要求，滿足原設(shè)計荷載等級要求。對T梁進(jìn)行觀察，梁腹板有大量的豎向裂縫，裂縫分布于各梁板L/8～7L/8之間，間距40 cm左右，從梁底向上延伸50 cm左右，縫寬在0.05 mm～0.2 mm之間，第四跨1號邊梁L/2處有一從梁底延伸至翼緣底部，縫寬0.5 mm的裂縫。

該橋?yàn)槠胀ɑ炷两Y(jié)構(gòu)，在車流量大的實(shí)際情況下，梁體裂縫超出了設(shè)計允許的混凝土開裂范圍，梁體承載能力有所下降，如果不進(jìn)行處理，隨著時間的流失，鋼筋的腐蝕會進(jìn)一步加大梁體的損害程度，橋面鋪裝有坑洞，橋面滲水也對橋梁有一定的影響。

3 處理措施

經(jīng)研究對本橋處理措施如下:1)原橋面鋪裝鑿除，變?yōu)?2 cm～18.8 cm，C40，鋼纖維防滲混凝土，并鋪設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，橋面橫坡按原設(shè)計采用雙面橫坡，增加橋面鋪裝耐久性。2)橋梁原有濕接縫鑿除，將鋼筋除銹，嚴(yán)重的進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，采用C40混凝土進(jìn)行澆筑。3)梁體縫寬大于0.15 mm的進(jìn)行灌膠，小于0.15 mm進(jìn)行封閉，右梁體L/4～3L/4跨徑范圍內(nèi)梁體兩側(cè)粘貼2層碳纖維布，加強(qiáng)抗剪，左梁體0～L/4，3L/4～L跨徑范圍內(nèi)梁體粘貼2層碳纖維布加強(qiáng)抗剪。橋體破損、露筋部位用環(huán)氧砂漿進(jìn)行補(bǔ)修，橫隔板進(jìn)行加固處理。在每片梁的腹板處采用2束共6根的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼(每側(cè)一束)進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固，提高梁體的抗彎拉能力。4)對原有橋面附屬工程進(jìn)行更換。

4 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

采用平面桿系有限元程序橋梁博士3.0計算，全橋共離散為44個單元，混凝土采用85規(guī)范30號混凝土(換成04規(guī)范為C28混凝土)，縱向主筋采用Ⅱ級鋼筋。橫向分布按照折線分布:跨中采用剛性橫梁法計算，支點(diǎn)采用杠桿法計算。原橋面鋪裝為雙向橫坡，4 cm瀝青混凝土+2-8.8 cm 20號混凝土，此次加固改造將橋面鋪裝設(shè)計為12 cm～18.8 cm布雙層鋼筋網(wǎng)的鋼纖維混凝土橋面。橋梁支點(diǎn)及跨中橫向分布系數(shù)表見表1。

表1 橋梁支點(diǎn)及跨中橫向分布系數(shù)表

經(jīng)計算分析，跨中截面受壓區(qū)高度滿足規(guī)范要求，控制截面抗彎極限承載力計算結(jié)果為:

1)考慮增厚的橋面鋪裝后，原橋在公路—Ⅰ級的各種荷載組合作用下正面抗彎極限承載力計算結(jié)果見表2，表3。在公路—Ⅰ級荷載作用下，邊、中梁跨中抗彎極限承載能力不滿足要求，邊梁L/4截面極限抗彎承載能力滿足要求。

表2 邊梁計算結(jié)果(一)

表3 中梁計算結(jié)果(一)

2)考慮增厚的橋面鋪裝后，原橋在各種荷載組合作用下，斜截面剪力計算結(jié)果見表4，表5。橋面鋪裝增厚后，在公路—Ⅰ級荷載作用下，斜截面抗彎滿足要求。

表4 邊梁計算結(jié)果(二)

表5 中梁計算結(jié)果(二)

3)截面裂縫驗(yàn)算見表6，表7。在公路—Ⅰ級荷載作用下，跨中和L/4截面裂縫寬度均滿足規(guī)范要求。

4)加固后驗(yàn)算。針對正截面抗彎承載能力，采用(2×3)根體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線加固，張拉控制應(yīng)力取0.65fpk=1 209 MPa。針對斜截面抗剪承載能力，采用粘貼兩層碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)。

表6 邊梁計算結(jié)果(三)

表7 中梁計算結(jié)果(三)

加固后邊、中梁跨中截面抗彎承載能力滿足使用要求;加固后斜截面抗力滿足使用要求。

5 施工方法

1)拆除橋面鋪裝和濕接縫，對梁體進(jìn)行清理，清除松散顆粒，使混凝土表面干凈、干燥，對大于0.15的裂縫埋設(shè)灌漿嘴(在裂縫處、交錯處、端處、裂縫貫穿處必須設(shè)置)，用結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行粘結(jié)，使用JGN結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行封縫，結(jié)構(gòu)膠固化后，用GS灌縫膠進(jìn)行裂縫灌縫，壓力控制在0 MPa～0.2 MPa，灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)要以不吸漿為原則，一般吸水率不大于0.1 L/min。漿液初凝后，拆下灌漿嘴，用結(jié)構(gòu)膠封口。對于小于0.15 mm的裂縫，使用JGN結(jié)構(gòu)膠直接進(jìn)行封縫。2)按照位置安裝齒板和轉(zhuǎn)向防護(hù)鋼板，在安裝位置上要鑿除表面混凝土(1 cm)并對鑿除面進(jìn)行清渣，高強(qiáng)螺栓在穿過梁體時要在孔中填滿結(jié)構(gòu)膠，齒板和轉(zhuǎn)向防護(hù)鋼板與梁體接觸面要涂滿結(jié)構(gòu)膠，高強(qiáng)螺栓對鋼板進(jìn)行固定，確保緊固螺母完全貼實(shí)鋼板。3)結(jié)構(gòu)膠凝固后(施工時最短的為3 d)，進(jìn)行張拉，錨具采用OVM15-3型，鋼板線符合ASTM A416-98的規(guī)定，單根鋼絞線直徑15.24 mm，鋼絞線面積A=140 mm2，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度=1 862 MPa，彈性模量E=1.95 ×105MPa，每片梁用6 根鋼絞線，每側(cè)3根，張拉時采用兩端同時張拉，初張應(yīng)力為0.1σcon，e，控制應(yīng)力為σcon，e=1 209 MPa，兩端千斤頂?shù)纳龎核俣纫咏嗟?。其他同預(yù)應(yīng)力張拉。4)梁體粘貼碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，按圖紙位置進(jìn)行抗剪、抗彎補(bǔ)強(qiáng)，在抗剪、抗彎混凝土梁位置表面打磨平整，除去表層浮漿，露出新面，保證表面干凈、干燥，按圖紙要求尺寸剪好碳纖維布，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的配比配制浸漬樹脂，均勻涂于粘貼部位，把纖維布用手輕壓貼于粘貼位置，采用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠出氣泡，滾壓時不要損傷纖維布，干燥后在表面再均勻涂抹浸漬樹脂。5)對橫隔板原有連接鋼板進(jìn)行除銹，鋼筋外露處清除松散混凝土，進(jìn)行補(bǔ)打混凝土，增加粘貼鋼板，并用高強(qiáng)對拉螺栓進(jìn)行錨固，增強(qiáng)橫隔板連接強(qiáng)度，對鋼板噴高強(qiáng)防銹漿，防止鋼板再次生銹。6)按圖紙要求綁濕接縫鋼筋進(jìn)行澆筑。按圖紙要求布置橋面鋪裝鋼筋，澆筑防水鋼纖維混凝土，保證平整度，控制好高程。達(dá)到強(qiáng)度后鋪筑瀝青混凝土面層。

6 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):造價低，施工快，有效利用資源。

缺點(diǎn):專業(yè)性強(qiáng)，相對預(yù)應(yīng)力梁來講，預(yù)應(yīng)力受力在兩端錨具上，受力集中，鋼絞線在套管內(nèi)和空氣等接觸，容易生銹，影響使用壽命。

總的來講體外張拉能充分利用舊橋結(jié)構(gòu)，利用有限資源，增強(qiáng)梁體強(qiáng)度，延長橋梁使用壽命。