非對(duì)稱(chēng)大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)及施工監(jiān)測(cè)研究

李志堅(jiān)

摘 要：大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)跨中下?lián)霞跋淞洪_(kāi)裂等病害，嚴(yán)重影響在役橋梁的正常使用；體外預(yù)應(yīng)力加固對(duì)橋梁線形和應(yīng)力狀態(tài)起到有效的改善作用，從而提高橋梁的服役能力。本文以某非對(duì)稱(chēng)大跨連續(xù)剛構(gòu)橋加固工程為研究背景，對(duì)橋梁的主要病害、原因分析、加固設(shè)計(jì)及施工監(jiān)測(cè)做了系統(tǒng)討論；建立空間有限元加固模型進(jìn)行了檢算分析；通過(guò)遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和人工觀測(cè)對(duì)橋梁加固施工進(jìn)行了全過(guò)程監(jiān)測(cè)，可為同類(lèi)橋梁加固工程提供參考。

關(guān)鍵詞：非對(duì)稱(chēng)連續(xù)剛構(gòu)橋 體外預(yù)應(yīng)力 空間有限元 加固設(shè)計(jì) 檢算 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè) 人工觀測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（a）-0081-02

在長(zhǎng)期自然環(huán)境（諸如腐蝕、溫度與濕度變化、自然災(zāi)害等）和使用環(huán)境（諸如結(jié)構(gòu)的疲勞、材料的老化、超載等）影響下，以及施工質(zhì)量不過(guò)關(guān)和設(shè)計(jì)思路不成熟等各種因素，部分大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋在服役若干年后即出現(xiàn)了跨中下?lián)虾土后w開(kāi)裂等不同程度的病害，危害到橋梁的安全運(yùn)營(yíng)。體外預(yù)應(yīng)力加固是對(duì)布置在被加固構(gòu)件的后加補(bǔ)預(yù)應(yīng)力鋼筋施加預(yù)應(yīng)力，通過(guò)預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩作用，改善舊橋的受力狀態(tài)，從而提高舊橋的抗裂能力和承載力。

1 工程背景

某連續(xù)剛構(gòu)橋全長(zhǎng)415m，跨徑組成為130+200+85m，由一個(gè)240mT和一個(gè)160mT組成的不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，箱梁頂板寬22.5m，底板寬12.2m，為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，該橋已建成通車(chē)13年，在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)各種病害問(wèn)題，其中主梁跨中下?lián)虾拖淞毫芽p為主要問(wèn)題。

（1）下?lián)?。根?jù)該竣工初期實(shí)測(cè)橋面線形及近期實(shí)測(cè)橋面線形分析可知，竣工時(shí)該橋中跨合龍段預(yù)拱度為41mm，近期檢測(cè)結(jié)果顯示該位置相對(duì)設(shè)計(jì)線形下?lián)?95mm，預(yù)拋高值已耗盡，相對(duì)于成橋狀態(tài)累計(jì)下?lián)线_(dá)236mm。

（2）裂縫。該橋近期檢測(cè)結(jié)果顯示，在箱梁外部及內(nèi)部發(fā)現(xiàn)較多裂縫，主要分布為箱梁底板橫向、縱向裂縫及腹板斜向裂縫，特別在主跨跨中位置橫向裂縫分布密集，多數(shù)裂縫長(zhǎng)0.6～1.5m，寬0.1～0.15mm，最長(zhǎng)裂縫達(dá)8m，寬0.2mm。

（3）病害分析。大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋跨中下?lián)霞傲后w裂縫是該類(lèi)型橋梁的常見(jiàn)病害，結(jié)合本橋?qū)嶋H情況分析成因主要包括如下幾個(gè)方面：①該橋服役時(shí)間已長(zhǎng)達(dá)13年，主梁有效預(yù)應(yīng)力存在一定程度的損失，梁體混凝土壓應(yīng)力儲(chǔ)備降低，尤其是頂板束的損失對(duì)跨中下?lián)嫌绊戄^為明顯；②箱梁頂板縱向預(yù)應(yīng)力束沒(méi)有設(shè)置下彎，削弱了主梁下?lián)系囊种谱饔?；③混凝土收縮徐變系數(shù)與混凝土的配合比、施工環(huán)境及各種添加劑等因素均緊密相關(guān)，通常主梁混凝土在多重因素影響下的實(shí)際徐變量要高于理論徐變量；④箱梁裂縫降低了結(jié)構(gòu)剛度，從而加劇了主梁下?lián)稀?/p>

2 加固設(shè)計(jì)檢算

采用空間有限元專(zhuān)用程序?qū)υ摌蚪⒓庸棠Ｐ停鶕?jù)橋梁現(xiàn)狀，分四種工況進(jìn)行檢算：（1）按原設(shè)計(jì)復(fù)算。（2）按原設(shè)計(jì)并考慮預(yù)應(yīng)力損失30%及開(kāi)裂區(qū)剛度折減15%。（3）按原設(shè)計(jì)進(jìn)行加固。（4）按原設(shè)計(jì)并考慮預(yù)應(yīng)力損失30%及開(kāi)裂區(qū)剛度折減15%后進(jìn)行加固。

按《公路橋涵加固設(shè)計(jì)規(guī)范》要求進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)計(jì)算和承載能力極限狀態(tài)計(jì)算，由計(jì)算結(jié)果可知：（1）在正常使用極限狀態(tài)下，加固前主跨跨中截面與合龍段下緣處于受壓狀態(tài)，應(yīng)力值分別為-1.0～-5.1MPa與-1.1～ -5.1MPa，加固后主跨跨中與合龍段下緣的應(yīng)力值分別為-3.1～-7.3MPa與-4.4～-8.5 MPa，加固后主跨跨中與合龍段下緣壓應(yīng)力儲(chǔ)備得到明顯提高，加固引起的主梁混凝土應(yīng)力增量變化見(jiàn)圖1。（2）正常使用極限狀態(tài)下，加固前考慮預(yù)應(yīng)力損失及截面剛度折減跨中合龍段下?lián)?07.2mm小于實(shí)際下?lián)现担髁哼€存在開(kāi)裂、變位、實(shí)際收縮徐變等引起的下?lián)?。?）加固后跨中合龍段上拱21.9mm，橋面線形得到調(diào)整，加固引起的主梁變形見(jiàn)圖2。

3 加固施工監(jiān)測(cè)

借助該橋已安裝運(yùn)行的遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)該橋加固施工的全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而及時(shí)掌握加固過(guò)程中橋梁線形變化情況以指導(dǎo)施工；同時(shí)為了進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，還采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行人工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。

3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該橋遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括環(huán)境監(jiān)測(cè)（溫度等）、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（加速度、固有頻率等）及靜態(tài)監(jiān)測(cè)（變形等）。其中橋梁結(jié)構(gòu)靜變位是通過(guò)在關(guān)鍵截面布置高精度傾斜角度計(jì)監(jiān)測(cè)傾角變化，并將傾角值換算為相應(yīng)截面的位移而得到。

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

通過(guò)對(duì)該橋體外預(yù)應(yīng)力加固施工前兩天、加固過(guò)程及加固后四天的跨中合龍段截面位移遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖3）分析可知，在整個(gè)加固過(guò)程中，跨中位移變化正常，結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)；加固后四天運(yùn)營(yíng)過(guò)程中采集的數(shù)據(jù)變化表明跨中合龍段位移逐漸上拱后趨于穩(wěn)定（其中在車(chē)流量較小的夜間采集的數(shù)據(jù)更為直觀地表明加固后橋梁上拱情況），最大上拱值為15.80mm。此外，人工觀測(cè)結(jié)果（見(jiàn)圖4）也表明該橋加固后橋面線形得到調(diào)整，跨中最大上拱值達(dá)到16.76mm，兩種監(jiān)測(cè)方法的結(jié)果相符，且均與計(jì)算值較吻合。

4 結(jié)論

（1）計(jì)算分析和施工監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，采用體外預(yù)應(yīng)力加固能使主梁上拱，對(duì)解決主梁下?lián)线^(guò)大、調(diào)整橋面線形、改善行車(chē)條件有一定作用；采用體外預(yù)應(yīng)力能提高原橋梁正截面抗彎承載能力；由于預(yù)加力的作用會(huì)使原橋梁裂縫部分閉合，提高壓應(yīng)力儲(chǔ)備，限制新的裂縫出現(xiàn)和發(fā)展，對(duì)提高結(jié)構(gòu)的耐久性是有利的。

（2）對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固的非對(duì)稱(chēng)大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋超靜定結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，宜采用空間有限元程序進(jìn)行計(jì)算分析。

（3）借助橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)加固施工進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)以掌握橋梁結(jié)構(gòu)變化，可有效指導(dǎo)施工并提供有利的安全保障。

參考文獻(xiàn)

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