预应力混凝土连续刚构桥的加固设计
2015-07-09
前言
文章对预应力混凝土连续刚构桥的现状进行了介绍，对预应力混凝土连续刚构桥裂缝成因进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对预应力混凝土连续刚构桥的加固措施进行探讨。
二、预应力混凝土连续刚构桥的现状
1964年,联邦德国所建成的主跨达208m地本道夫桥非常成功的现实了悬臂施工方法的优势,并且在结构上有创新之举,薄型主墩和上部的连续梁固结组合形成带铰的连续钢构体系。而1985年由澳大利亚所建成的主跨达260m的门道桥使连续钢构体系的优点得到了更加充分的体现。
预应力混凝土连续刚构桥是预应力桥梁的一种,拥有整体性能与抗震性能好、变形小、刚度大,尤其是主梁变形挠曲线平缓,行车的舒适性佳,桥面的伸缩缝少等优点。在国内,连续刚构桥的施工和设计都已比较成熟,能够有效控制施工的质量和工期,在成桥之后所需的养护工作也较少。通常,预应力混凝土连续刚构桥的适用范围是150m。
连续刚构桥是由墩梁固结而成的连续结构,综合了T型刚构与连续梁的受力特点,使桥梁的跨越能力与行车性能得到了大幅度提高。通过高墩的柔度来适应由于预应力、温度和混凝土收缩所导致的位移。使用连续钢构体系能够在保持连续梁体系优点的同时拥有自己的特点,和设支座的连续梁桥相比,连续刚构桥由于不需临时锚固而省去了大吨位盆式支座,降低了造价;既保持了行车平稳、无伸缩缝的优点,还不需要在支墩处设置支座与体系转换,更加方便了施工的开展;同时,具有的横向扭刚度和顺桥向抗弯满足了大跨径桥梁所需的受力要求。由于这些特点,大跨径预应力混凝土连续刚构桥在桥梁工程领域非常活跃。国内外均有相当多的大跨径连续刚构桥。
我国从20世纪50年代始修建混凝土梁桥,虽然与欧洲相比起步较晚,但是在50多年的历史中已经得到了迅速发展,如今我国在预应力的混凝土桥梁设计、试验研究、结构分析、施工工艺、工艺设备和预应力材料等方面都已经取得了不错的成绩,特别是预应力混凝土梁桥的施工和设计都有着非常高的水准。我国在1997年所建成的虎门大桥副航道桥主跨达270m,将连续刚构桥的跨越能力体现到了极致。
三、预应力混凝土连续刚构桥裂缝成因分析
1.顶、底板裂缝
预应力混凝土连续刚构桥主箱梁底板跨中区张拉锚固后出现的纵向裂缝,以及在箱梁具有较长悬臂翼缘板时,在顶板悬臂根部或宽箱梁在顶板跨中出现的纵向裂缝,同样广泛受到关注。对某大跨度连续刚构桥进行检测分析,得出导致大桥两次边跨和中跨跨中及两边跨均出现贯通底板全宽的横向裂缝可能的原因是:纵向预应力有效性降低、荷载增加、混凝土强度不足等。对一座三跨预应力混凝土双箱双室变截面V墩刚构桥底板产生裂缝的原因进行了空间分析,得出箱梁复杂的应力状态及底板横桥向拉应力过大是引起底板纵向裂缝的主要原因。同时底板预应力管道周围混凝土相对收缩快,截面相对较弱也是一个不可忽视的因素。
横隔板裂缝
预应力混凝土连续刚构桥横隔板裂缝主要为箱梁桥横隔板孔洞周围放射状裂缝和孔洞之间的竖向裂缝。箱梁横隔板孔洞的放射状裂缝主要是因孔洞周围应力集中产生的。通过对主拉应力进行局部的块体有限元分析,并采用适当的构造措施,可以避免这类裂缝的产生。箱梁孔洞之间的竖向裂缝是轴向的劈裂裂缝。为了避免这类裂缝的产生,应首先进行局部的有限元分析,对于可能发生竖向裂缝的部位增加防裂构造钢筋。
腹板收缩裂缝特征：大多在脱模后2～3d内发生；裂缝通常由底板到顶板裂通，宽度一般为0.2～0.4mm，施加预应力后一般会闭合。原因：多为混凝土收缩和温差所致，如极低的外界温度，混凝土混和料进行预热，使应力分布不均；另一方面，若箱梁浇注后模板保留时间太长，由于两侧模板提供了双倍的摩擦表面阻止腹板收缩，而顶底板的模板约束就小得多，因此，引起错动开裂。4.箱梁构造裂缝在箱梁中，如果腹板的厚度比顶板、底板大得多，它们即使同时浇注也会产生错动裂缝，因为，很薄的顶底板降温很快，收缩也很快；而较厚的腹板降温慢，赶不上顶底板的收缩速度，加之，腹板的刚度远大于顶底板的刚度，顶底板的收缩力无法带动腹板同时收缩，只能引起自身开裂裂缝。5.曲线崩裂由于设计预应力钢筋的曲线布置或施工不当造成的曲折，使得径向力成为附加的法向荷载，以致管壁混凝土局部劈裂。其可表现为：①曲底箱梁底板束崩裂；②平面弯曲桥梁腹板束崩裂；③弯曲束管壁开裂和体外转向点开裂；④局部突弯处裂缝和崩裂。其原因有设计放崩锚固钢筋不当和施工时管道变形两种。6.合拢浇注段裂缝合拢浇注段裂缝形式上可分为早期裂缝和合拢内力裂缝。在合拢段浇注时，相邻混凝土收缩完成尚在40％下而强度在75％以上，两侧挠度不断变化，温差变化也使得合拢段的早龄期混凝土承受着反复的挠曲及拉压，而且，合拢段是桥梁中承受活载弯矩较大的部位，因此，容易形成早期裂缝；在裂缝成形后再施加的预应力不能使这些裂缝闭合，混凝土的有效截面减小，以至于受压区应力增大。当合拢段混凝土强度达75％设计强度后可以张拉合拢段预应力钢筋并撤除模架。撤除模架的反力与合拢预应力弯矩均为负弯矩，如果考虑不周会造成顶板开裂，形成合拢内力裂缝。
四、预应力混凝土连续刚构桥的加固措施
1.针对承载能力不足的加固措施
目前,针对桥梁承载能力不足的加固方法主要有:a)通过增大原结构构件截面提高原结构的强度和刚度;b)更换结构构件或新增构件,取代承载能力不足的构件;c)改变原结构的受力体系,降低部分构件的受力;d)对原结构施加外应力,以改变其应力分布,达到提高原结构的强度和刚度。对于大跨径的连续刚构桥,针对承载能力不足的桥梁进行加固设计,一般应坚持加固过程中所产生的附加重量较小的原则。由于体外预应力具有平衡活载作用,有给主梁卸载的效果,对改善旧桥的下挠状况是十分有利的,且可使裂缝减小或闭合。所以,体外预应力索在桥梁加固中有广泛应用的范围。采用体外预应力索,使梁的抗弯、抗剪强度及刚度得以增大;并通过设置横隔板来适应预应力索的转向,使桥梁受力明确。另外,该方案具有施工设备简单、施工操作容易、施工速度快和在施工过程中基本不中断交通等优点。在加固中,对桥跨下挠问题只是将桥面线形顺畅即可,以减少修复桥面所填补的重量。
2.针对混凝土开裂的加固措施
为了约束箱梁裂缝的进一步发展,加强对腹板混凝土的约束,增强腹板抗剪承载能力和刚度,可采取腹板内侧粘贴钢板的措施。采用环氧树脂或建筑结构胶将钢板、钢筋或玻璃钢等抗拉强度高的材料粘贴在钢筋混凝土受弯和受剪构件表面,并用对穿螺拴或种植钢筋固定,使之与结构形成整体,从而提高构件的抗剪能力,约束裂缝的扩展。
结束语
混凝土开裂是预应力混凝土连续刚构桥中的一个主要问题，加固的方式有很多，但是却会造成很多不便，一些混凝土问题是可以避免的，我们应该避免。
