橋梁加固方案設計與施工關鍵技術研究(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 出懸臂鋼筋與新加寬部分橋面板鋼筋焊接；在支點和跨中增設連接橫梁。 ③清除原橋面鋪裝層，全橋統一加鋪 10cm厚的橋面鋪裝混凝土，為了加強新舊混凝土之間的連接，將原橋面頂面鑿成齒槽，保證新舊混凝土共同工作。計入 6cm橋面鋪裝層參與主梁工作，即梁的有效高度增加 6cm。 13 150 150 150 150500900150 150沉井基礎插入鋼筋后加蓋梁懸臂巖 盤原橋臺后加混凝土 圖 15 鞍千 9 號橋加固方 案示意圖 （ 4）方案評述 ①該方案充分利用了原橋沉井基礎的承載潛力，采用插入鋼筋接長墩臺蓋梁懸臂，節省了大量的下部結構工量費用。 ②采用加大新建邊梁剛度，調整荷載橫向分布系數，減輕原梁負擔和橋梁鋪裝層參與主梁工作，增加梁的有效高度等綜合措施，使原梁在不增加配筋的情況下，滿足汽 — 20，掛 — 100 的承載要求。 （ 5）改進建議 ①蓋梁懸臂接長，若采用體外預應力筋或預應力錨筋技求施工更為方面，結構更為可靠。 ②為保證橋面鋪裝混凝土與橋面板的共同工作，加強兩者之間的連接，應設置錨固短鍵，橋面鋪裝層應設置雙層鋼筋或摻入 高強復合纖維，增強混凝土的抗裂能力。 2．洪河 1 號橋 設計單位：原哈爾濱建筑工程學院 實施時間： 1988 年 （ 1）原橋的基本情況和加固設計要求 洪河 1 號橋位于黑龍江省二龍山至撫遠公路，原橋為跨徑 8m的單跨裝配式鋼筋混凝土簡支板梁橋，全橋由 7 塊寬度為 100cm板組成。設計荷載為汽 — 15，掛 — 80，橋面凈空為凈 — 7，下部結構為混凝土輕型橋臺，擴大基礎。 二撫公路擴建為二級公路，路基寬度為 12m，行車道寬度為 9m，在橋位處道路 14 雙側加寬，橋面凈空為凈 9+2 ，橋梁的設計荷載提高為汽 — 20，掛 — 100。 （ 2）橋梁現場調查和承載力檢算 現場檢測發現原梁的混凝土質量良好，經回彈測定混凝土強度在 28Mpa 以上。經檢算原橋可以滿足汽 — 1掛 — 80 的承載要求，但距汽 — 20，掛 — 100 的要求正截面承載力相差的 18%。 現場調查發現，原橋橋臺前墻混凝土質量良好，沒發現基礎不均勻沉降現象。 （ 3）加固設計要點 ①按加寬的橋面凈空要求，加寬部分采用 2 2 塊寬度為 125cm的鋼筋混凝土矩形板。按新加寬部分與原橋共同工作計算，靠邊第 3 塊板受力最大，邊板基本上位于人行道下面，受力較小。為此，將原橋邊板（ 1 號和 7 號）塊分別引至新 加寬部分的最外側位置，中間空出 250cm的空隙，布置新制作的 2 塊 125cm的鋼筋混凝土矩形板，新板的鋼筋按受力需要配置。 ②將原橋面鋪裝混凝土鑿除，全橋統一加鋪 10cm 的 C30 陶礫混凝土。為了加強新舊混凝土之間的聯系，在原橋面應鑿成齒槽。 ③原橋橋臺及基礎雙側加寬，新基礎部分基底設 50cm的水撼砂墊層。為了加強橋臺臺身新舊混凝土之間的連接，在原橋臺臺身插入錨固短筋。 90 0 15 010 0 12 5 12 5 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0 12 5 12 5 10 01 A B 2 3 4 5 6 C D 7原橋橋臺新橋橋臺新橋橋臺錨固鋼筋水撼砂新板舊板 舊板 新板 舊板水撼砂5015 0 圖 16 洪河 1 號橋加固方案示意圖 (圖中尺寸單位為 cm) （ 4）方案評述與改進 意見 ①采用調換梁位的方法，合理利用原板的承載潛力，最大限度的發揮新加板的作用。 ②改用輕質陶礫混凝土橋面鋪裝，減輕橋梁恒載內力。 采用上述綜合措施，在保持原梁配筋不增加的前提下，達到了汽 — 20，掛 — 100的承載要求。 ③陶礫混凝土橋面鋪裝中應設置鋼筋網或摻入適量的高強復合短纖維，提高橋面鋪裝的抗裂能力。 3．坂頭大橋 15 設計單位：交通部第一公路工程總公司設計所 [4] 廈門市公路局 [5] 實施時間：第一次加固 1955 年 第二次加固 1999 年 （ 1）原橋的基本情況及承載力評估 板頭大橋位于國道 324 線廈門段 ，原橋建于 1953 年，其結構為四跨鋼筋混凝土變高度連續 T 梁，外加一跨鋼筋混凝土簡支梁，其跨度劃分及橋梁橫斷面如圖 23所示。 17各截面高度h( 單位：cm ) 截面 位置 h1 支 座 18 0 2 跨 中 80 3 支 座 18 0 4 跨 中 80 5 跨 中 12 0 1568 1592 2275 2260 1655461122443355 R=6000 R=30001號 2號 3號 4號0號 5號 43 22 113 22 43 22 縱筋側點（上：支座，下：跨中）混凝土側點跨中撓度側點坡頭橋橫斷面圖100202101號2號h18201918圖 17 坂頭大橋的一般構造圖 原橋的設計荷載為汽 — 13 級。國道 324 線廈門段改擴建工程要求將橋梁的設計荷載提高為汽 — 超 20 級。為了探討原橋加固利用的可行性， 1995 年對原橋進行詳細的外觀檢查和荷載試驗。試驗結果表明： ①橋梁主體結構未發現明顯的破損和裂縫，混凝土質量較好，強度等級均在 C25以上； ②連續梁各支點截面抗彎 承載較高可以滿足汽 — 超 20 的承載要求。連續梁各跨中截面抗彎承載力較低，不能滿足汽 — 超 20 的要求，必需進行加固補強。 ③各跨中截面的實測撓度值，均小規范規定允許值。 （ 2）加固設計要點 針對原橋為變高度連續梁的特點和只需對跨中正截面抗彎承載力進行加固補強的要求，采用沿橋梁全長布置的直線型體外預應力束加固。在每個梁肋兩側跨中截面下緣處對稱布置 5 i? 鋼絞線，鋼絞線束在梁端張拉，采用 OVM 錨錨固，鋼絞線束采用鋼套通保護。（見圖 24） 16 張拉千斤頂體外預應力鋼筋布置圖跨中截面厚鋼板端部構造( a)( b)( c)6070cm5Φj15 .2梁肋鋼套管端橫隔板局部鋼筋混凝土加固局部鑿開錨頭 圖 18 坂頭大橋加固方案示意圖 該橋第一次加固于 1995 年完成，據文獻 [5]介紹，橋梁加固后使用情況良好，但1999 年 4 月檢查發現有一根鋼絞線束下垂，進一步調查發現有一根鋼絞線在橋頭端斷裂，有二根鋼絞線在游動錨板處斷裂。 應該指出文獻 [5]介紹的橋梁加固施工的情況與文獻 [4]介紹的加固設計方案（圖34）略有不同。實際實施時，體外預應力筋束張拉改為采用自行設計的游動錨板在中間張拉的方案，鋼絞線束在橋梁的端部用墩頭錨固。 文獻 [5]認為施工中采用的錨具選型不當，游動 錨板固定差，鋼絞線防護鋼套筒空隙過大是造成鋼絞線束下垂和斷裂的原因。在第二次加固時，做了以下改進： ①取消中間的游動錨板，仍采用通常布置的直線鋼絞線束，鋼鉸線束在一端橋臺張拉，另一端為固定端，采用 OVM 錨具。 ②取消鋼鉸線束外面的防護鋼套管，改為聚乙烯塑料包裹，并做好固定措施。 1999 年按上述改進方案對所有 8 根體外預應力筋束進行了更換。到目前使用情況良好。 （ 3）方案評述與改進建議 ①該加固設計巧妙地利用了原橋為變高度連續梁的縱向布置特點和只需對跨中截面抗彎承載力加固的設計要求，采用靠近跨中截面下邊緣通常 布置的直線型體外預應力筋加固補強的原設計方案基本上是合理的。 ②施工中采用游動錨中間張拉方案，構造不夠合理。，中間游動錨板的雙向錨具變形損失過大是造成鋼絞線束下垂，有效預應力值降低的直接原因。為了避免在橋臺端進行張拉的施工不便，可在連續梁支點截面下方設置錨固裝置，鋼筋分 段設置，分段張拉。 ③體外預應力筋錨固的可靠性是保證全橋安全工作的基礎。應用采用具有防松動裝置的專用 OVM 錨具，錨孔端部應擴孔為喇叭型，以防上鋼筋振動時，卡緊斷絲。 17 ④為了減少體外預應力筋束的振動影響，對于較長的體外預應力筋束，每隔6~10m，應設置一個固定裝置。 ⑤體外預應力筋應采用專門生產的具有防腐蝕保護鋼絞線，我國一般采用 PE 管外套，內裝黃油保護層。 4 橋梁加固薄弱受彎構件承載力極限狀態計算 橋梁加固薄弱構件分階段受力特點 橋梁結構自重較大，一般均采用帶載加固。構件自重及恒載由原梁承受，活載由加固后的截面承受。橋梁加固薄弱受彎構件承載力計算，應考慮分階段受力的特點，按兩階段受力構件計算。 橋梁加固薄弱受彎構件正截面補強加固方法很多，基本可劃分為加筋類和加砼類兩種情況： ①加筋類：采用加焊鋼筋、粘貼鋼板或其他纖維復合材料，對構件的受 拉區進行補強。加筋類加固構件的受力特點是，后加鋼筋（或其他纖維復合材料）只承受活載引起的拉應力。在一般情況下，后加補強材料的強度不能充分發揮作用，加固構件的破壞由原梁受拉鋼筋控制，設計時應考慮分階段受力的特點。 ②加砼類：采用加厚橋面板的方法，對混凝土受壓區進行補強，增加梁的有效高度，亦可達到提高構件承載力的目的。對受壓區加砼類構件來說，由于考慮混凝土的塑性發展，分階段受力影響不大，其承載力可按一般鋼筋混凝土的構件計算。 橋梁加固薄弱受彎構件斜截面一般采用粘貼鋼板（或其它纖維復合材料）增加斜筋或箍筋截面面積 進行補強。后加鋼板（或其他纖維復合材料）只承受活載引起的剪力，設計時亦應考慮分階段受力特點。 橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算 加筋類加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算 在試驗研究的基礎上，引入下列基本假設作為加筋類橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算的依據： ①橋梁帶載加固應考慮分階段受力特點。一期荷載效應（自重及恒載效應）由原梁承擔，構件處于彈性工作階段，截面應力（或應變）按材料力學公式計算；二期荷載效應（活載效應）由加固后的截面承擔； ②不同受力階段的截面變形均符合平截面 假設； 18 ③在極限狀態下，截面受壓邊緣混凝土的應變達到極限值 ? ? 。截面受壓區混凝土的應力按簡化的矩形應力圖計算，其抗壓強度取實測混凝土抗壓強度設計值 cdf ，矩形應力圖高度取 2 02xx?? （式中 02x 為二期荷載效應作用后截面變形零點至截面受壓邊緣的距離， ? 為受壓區高度折減系數， 對 C50 以下混凝土，取 ?? ）； ④在極限狀態下原梁受拉鋼筋應力取抗拉強度設計值 sdf （或 pdf ），受壓鋼筋的應力取抗壓強度設計值 sdf? ； ⑤在極限狀態下，后加鋼筋（或其它纖維復合材料）的應力由其應變確定，即取 R R RE??? ，但應小于其抗拉強度設計值 Rdf 。后加鋼筋（或其它纖維復合材料）的應變 R? ，根據分階段受力特點，由截面變形條件確定。 根據上述基本假定建立的加筋類橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算圖式示于圖 41。 A R bA sx01? R ? s ?? s ?x02? c 1? s1 / ? E? ? M d1 ? ? M d? c1f cd bx 2? R A Rf sd A sf cd ( b39。 f b ) h39。 ff cdb39。 fh39。h2 h01h0h02? cu = ? c 2x2=?x02fh1h0h02h01 斷面圖 應變圖 一期荷載下應力圖 二期荷載下應力圖 圖 41 加筋類橋梁加固薄弱受彎構件正截面抗彎承載力計算圖式 加固薄弱構件正截面抗彎承載力計算公式 ，由內平衡條件求得（圖 41）： 2 ()c d c b f f s d s R Rf b x f b b h f A A???? ? ? ? （ 41） 20 2 0 0( ) ( ) ( )22 fd c d c d f f hxM f b x h f b b h h? ???? ? ? ? ? （ 42） 公式的適用條件： 2 01bxh?? （ 43） 式中： cdf —— 混凝土抗壓強度設計值，根據實測強度等級參照 橋規 JTG D62確定； sdf —— 原梁受拉鋼筋抗拉強度設計值，根據實測強度參照 橋規 JTG D62確定； 19 b? —— 原梁受拉鋼筋的混凝土受壓區高度界限系數， R235 鋼筋（原Ⅰ級鋼筋）取 ? ? ， HRB330 鋼筋（原Ⅱ級鋼筋）取 ? ? ， HRB400 鋼筋（原Ⅲ級鋼筋），取 ? ? ； R? —— 極限狀態下，后加鋼筋（或其他纖維復合材料）的應力，其數值按下列公式計算。 R R R RdEf???? （ 44） 022 2 201()R s c chh? ? ? ?? ? ? （ 45） 0 1 2212()cusshxx????????