某跨鐵路立交橋轉(zhuǎn)體橋墩頂頂板崩裂加固結(jié)構(gòu)分析

梁善齋

摘 要：某跨鐵路立交轉(zhuǎn)體橋在轉(zhuǎn)體施工前進(jìn)行頂板束張拉時(shí)，中橫梁附近頂板倒三角混凝土發(fā)生崩裂。針對(duì)此病害提出了在箱室內(nèi)部破損區(qū)域增設(shè)20cm鋼筋砼套拱的加固方案，并通過對(duì)加固設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)分析。從計(jì)算結(jié)果得出加固方案總體上能滿足在轉(zhuǎn)體橋施工及使用階段的結(jié)構(gòu)變形及受力要求，主梁后補(bǔ)混凝土在梁體落架時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大縱向拉應(yīng)力，因此后補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)普通鋼筋直徑的選擇和布置方式應(yīng)充分考慮，避免裂縫的出現(xiàn)以保證后續(xù)施工質(zhì)量和施工安全。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)體橋;墩頂頂板;崩裂;結(jié)構(gòu)分析

中圖分類號(hào)：TV21? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）11-0149-03

1引言

某跨鐵路立交橋轉(zhuǎn)體橋全長140m，與鐵路交叉交角為79.1°。橋跨按正交布置，主橋采用70+70mT型剛構(gòu)橋，搭設(shè)支架現(xiàn)澆施工，橋梁寬度26.9m。上跨鐵路立交橋轉(zhuǎn)體長度采用（65.5+65.5）m，主梁澆筑完成后逆時(shí)針轉(zhuǎn)體79.1°，全橋轉(zhuǎn)體重量約13800噸。

上部結(jié)構(gòu)采用單箱三室斜腹板箱形截面，中支點(diǎn)中心梁高6.8m，端部中心梁高2.5m，梁底線形按二次拋物線變化。下部結(jié)構(gòu)主橋（20#墩）采用墩梁固結(jié)，單箱雙室單柱矩形空心墩，橋墩高8.5m，橫橋向壁厚1.8m，順橋向壁厚1.5m，橫橋向?qū)挾?2.0m，縱橋向?qū)挾?.0m;主墩承臺(tái)厚5.0m，其中轉(zhuǎn)體施工階段厚4.0m，余下1.0m在轉(zhuǎn)體施工完成后現(xiàn)澆。承臺(tái)平面尺寸為23.0m（橫橋向）×19.0m（順橋向），承臺(tái)下設(shè)置30根Φ1.5m鉆孔灌注，樁長55m，樁順橋向間距4m，橫橋向間距4m。承臺(tái)采用C50混凝土，樁基為C35水下混凝土。過渡墩采用四柱式高低蓋梁結(jié)構(gòu)，高度最小處2.2m。柱墩采用矩形墩，順橋向?qū)?m，橫橋向?qū)?.8m，橫向間距6.0m。矩形承臺(tái)尺寸為7.8m（順橋向）×2.8m（橫橋向），厚度為2.5m，承臺(tái)系梁寬2.2m，承臺(tái)下設(shè)置8根Φ1.5m鉆孔灌注樁，縱向樁間距5.0m。

2病害描述

2021年3月5日，箱梁開展預(yù)應(yīng)力張拉工作。至2021年3月16日15時(shí)，中支點(diǎn)處大里程側(cè)中箱室內(nèi)中橫梁與中腹板交接處，頂板倒三角處產(chǎn)生了明顯的開裂情況。具體病害情況如下。

3加固方案

針對(duì)上述病害，采用加固方案如下：

在箱室內(nèi)部破損區(qū)域增設(shè)20cm鋼筋砼套拱，對(duì)箱梁破損區(qū)域起到一定的支撐和傳力作用。根據(jù)破損情況不同，在預(yù)應(yīng)力鋼束彎折點(diǎn)處設(shè)置1～2道橫隔板，通過橫隔板自身較大剛度承擔(dān)鋼束在此位置的徑向力，橫隔板需與腹板可靠連接。新增套拱、橫隔板與箱梁破損區(qū)域間采用布置鋼筋、植筋、同步澆筑高強(qiáng)無收縮自密實(shí)灌漿料的方式進(jìn)行錨固連接，與健康混凝土間采用鑿毛植筋的方式錨固連接。

4加固后結(jié)構(gòu)分析

計(jì)算軟件采用Midas Civil，建立梁?jiǎn)卧Ｐ瓦M(jìn)行計(jì)算。把整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)離散為40個(gè)單元共有42個(gè)結(jié)點(diǎn)，根據(jù)施工程序分為8個(gè)施工階段對(duì)施工過程進(jìn)行模擬計(jì)算。第一批頂板束張拉控制應(yīng)力按照設(shè)計(jì)頂板鋼束伸長量減小7mm 推算求出。結(jié)構(gòu)離散圖和預(yù)應(yīng)力鋼束圖如下圖所示。

將全橋上部結(jié)構(gòu)施工過程劃分為8個(gè)施工階段，見下表。

4.1位移計(jì)算結(jié)果

在主梁加固后，模擬支架澆筑的施工狀態(tài)，在混凝土澆筑前提供施工預(yù)拱度，一方面確保主梁成橋內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求，另一方面使主梁線形光滑平順。關(guān)鍵施工階段的主梁撓度線形見下圖。

4.2應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

施工過程中，主梁破損段的最大拉應(yīng)力為0.002MPa，最大壓應(yīng)力為-13.60MPa。施工過程中，主梁上下緣的應(yīng)力分布見下圖。

施工過程中，主梁加固段的最大拉應(yīng)力為2.04MPa;主梁最大壓應(yīng)力為-1.93MPa。施工過程中，主梁上下緣的應(yīng)力分布見下圖。

4.3小結(jié)

（1）在箱梁加固施工過程中，主梁最大豎向變形為-160.92mm，與原成橋狀態(tài)主梁最大豎向變形差距較小;

（2）在箱梁施工過程中，主梁結(jié)構(gòu)施工過程中最大拉應(yīng)力為0.77MPa，小于1.15ftk=3.15MPa;最大壓應(yīng)力為-16.59MPa，小于0.7fck=24.85MPa，箱梁的截面承載力滿足規(guī)范要求;

（3）在加固及后期施工過程中，破損區(qū)的主梁既有結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力為0.002MPa，小于1.15ftk=3.15MPa;最大壓應(yīng)力為-13.60MPa，小于0.7fck=24.85MPa，箱梁的截面承載力滿足規(guī)范要求;

（4）在加固及后期施工過程中，破損區(qū)的主梁后補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力為2.04MPa，小于1.15ftk=3.15MPa;最大壓應(yīng)力為-1.93MPa，小于0.7fck=24.85MPa，箱梁的截面承載力滿足規(guī)范要求。

5結(jié)論

本文針對(duì)某跨鐵路立交轉(zhuǎn)體橋在轉(zhuǎn)體施工前中橫梁附近頂板倒三角預(yù)應(yīng)力束，提出了在箱室內(nèi)部破損區(qū)域增設(shè)20cm鋼筋砼套拱的加固方案，通過對(duì)加固設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果可知：

（1）基于現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)病害假定狀態(tài)，加固方案總體上能滿足在轉(zhuǎn)體橋施工及使用階段的結(jié)構(gòu)變形及受力要求;

（2）主梁后補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后，在梁體落架工況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大縱向拉應(yīng)力?？紤]到本加固方案的指導(dǎo)思路及施工實(shí)際情況與理論計(jì)算情況的偏差，后補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)普通鋼筋直徑的選擇和布置方式應(yīng)充分考慮，避免裂縫的出現(xiàn)。

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