体外预应力在桥梁加固中的应用

2010-03-20邱乾洲

黑龙江交通科技 2010年7期

关键词：钢束隔板钢绞线

邱乾洲

(珠海市交通勘察设计院有限公司)

0 前言

随着预应力桥梁和高强混凝土的发展,体外预应力技术的应用将是现代预应力技术发展的重要趋势。由于具有无粘结预应力无法比拟的优点,如截面尺寸小,施工简单,质量容易保证等特点,更重要体外钢束可以替换,重张拉,主要应用于对旧桥梁的加固。

1 工程概况

某大桥全长378m,桥宽 11.4m,桥面设置有双向两车道、非机动车道和人行道;其中主桥长180m,为50m+80m+50m单箱单室变截面预应力混凝土连续梁桥,采用悬臂浇筑法施工。该桥的设计荷载为“汽 -20”、“挂 -100”,人群荷载为3.5kN/m2,于1993年建成通车。随着交通量增长,重车、超重车占交通量比例高,该大桥出现一定程度的病害;2004年 5月检测发现主桥跨中下挠比较严重,相对于主墩顶桥面而言,下挠量约为82mm;2008年 8月检测发现主桥跨中又比 04年 5月下挠了约6mm,有继续下挠的趋势。为消除安全隐患,确保桥梁正常运营,急需对该桥进行维修加固。

2 加固设计方案

连续箱梁采取以体外预应力为主的方式加固。体外预应力体系主要由钢绞线、配套钢垫板及锚具、与梁体相连的锚固块、转向装置、减震装置及防腐材料等组成。体外预应力钢束布置于箱梁内,依靠固定于梁体顶板、底板的锚固块锚固。钢束布置线型为空间线型,通过转向装置控制空间转向点坐标以及钢束转向趋势。钢束区间段设置减震器以减少钢束的震动。转向装置、减震器与锚固块均通过植筋技术锚固于梁体使其与原桥结构连为整体。

2.1 加固方案

本项目50m+80m+50m单箱单室变截面预应力混凝土连续箱梁主跨下挠严重,在主跨范围内增加体外预应力体系进行加固。主跨箱梁内共布置 M15-7钢绞线 10束,锚固在0#块内新增加的锚固座中,并分别在主跨离主墩顶11.25m、22.5m、31.5m及主跨跨中新增加 7块横隔板,作为转向受力装置。并在新增加的锚固块和横隔板中预留备用束孔。预应力管道采用 Q235Φ85mm无缝钢管。

2.2 设计计算

设计计算参照JTJ023-85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范;设计活载按照原桥设计荷载;温度采用整体升温 30℃,整体降温 20℃,非线性温度梯度参照英国BS5400规范;预应力钢筋采用 Φ15.24高强低松弛钢铰线, Ryb=1860MPa、Ey=1.9×105MPa,张拉控制应力δk= 0.5Ryb;混凝土按抽芯检测结果,fck=26.25MPa、ftk= 2.475MPa、Ec=3.225×104MPa。

(1)计算工况,见表 1。

组合Ⅰ:结构自重+预应力+混凝土收缩徐变+汽-20 +人群;

组合Ⅱ:结构自重+预应力+混凝土收缩徐变+汽-20 +人群+温度力;

组合Ⅲ:结构自重+预应力+混凝土收缩徐变+挂-100。

(2)承载力极限状态验算,见表 2。

表1 正截面抗弯极限承载力验算特征截面表 kN·m

各组合下全桥截面计算弯距均小于抗弯承载力,满足规范要求。

(3)正常使用极限状态验算,见表 3。

表2 加固前后成桥应力状态特征值表 MPa

加固后边跨的最大正应力、中跨的最小正应力和最大正应力都比加固前有所减小。

表3 正常使用组合应力验算MPa

边跨和中跨在各组合工况下均能满足全预应力混凝土构件的应力要求。

(4)下挠变形验算,见表 4。

表4 加固前后位移值表 mm

加固所采取的措施能有效限制结构的挠曲,且桥梁挠度变化的趋势在减缓。

(5)加固前后对支撑反力的影响,见表 5。

表5 加固前后对支撑反力的影响

支座反力增加比例比较小,且本桥桩基均按嵌岩桩设计,可认为支座反力的变化对基础无影响。

3 施工中的主要技术要点

(1)施工时,应先对箱内尺寸进行复核,根据情况对基座位置进行相应调整,保证安装位置准确。

(2)预应力锚固座、新增转向横隔板及导向槽为钢筋混凝土结构,通过埋植钢筋与梁体连接为整体。植筋为HRB335Φ16钢筋,采用钻孔植筋的方式进行,钻孔深度及植筋采用的结构胶需满足规范要求;植筋前应用钢筋探测仪进行钢筋探测,避免植筋与原箱梁结构钢筋碰撞。锚固座及转向横隔板为体外预应力的主要传力点,且张拉吨位较大,施工时必须确保质量。

(3)锚固端部锚固座、转向横隔板和导向槽的施工,这三部分确定了钢绞线的空间位置,由钢束形状及张拉应力决定了等效荷载的大小。转向横隔板、导向槽使钢绞线存在偏折,承受局部挤压应力,这就要求锚固端处锚垫板预埋位置及方向要准确;转向横隔板、导向槽的制作应严格按照图纸要求进行,要保证弯折处的曲率半径,使之平滑,防止张拉时端部对钢绞线的挤压和卡滑。

(4)新增加的锚固座、转向横隔板及导向座与原箱梁混凝土结合面应凿毛,在浇筑新混凝土前,应在旧混凝土表面喷涂界面剂,确保新旧混凝土紧密结合。

(5)钢绞线的缠绕将会影响有效预应力的建立,所以必须保证钢绞线在全桥长范围内不缠绕。在穿束过程中,由于钢绞线的长度在 80m以上,中间要通过多个导向槽及转向装置,无法在箱梁内进行7根钢绞线的整束穿索,因此采用单根穿索的方法。在实际施工中,预先将钢绞线、锚板孔、密封盖小孔分别编号,每束7根钢绞线采用单根穿索,每隔一段就用与密封罩小孔对应的橡胶垫限制钢绞线的位置,在张拉完毕后发现,采用该方法使得每束钢绞线顺直且无缠绕现象。

(6)体外预应力张拉。

张拉前,千斤顶应在监理工程师同意的单位检验并标定,千斤顶和油泵必须配套标定和配套使用。

当锚固座、转向横隔板及导向槽的混凝土强度达到90%且龄期达到 7d以上时进行预应力钢束的张拉施工。张拉采用YCW-250B型千斤顶,张拉控制力为911.4kN。张拉程序为0→初张拉(20%张拉力)→50%张拉力(持荷5min)→911.4kN张拉力(持荷5min)→锚固。张拉顺序要求由下到上、先外侧后内侧进行,左右两束对称、两端同步均匀张拉。

预应力应的施加采用张拉力与引伸量双控。当预应力钢束张拉达到设计拉力时,实际引伸量值与理论引伸量值的误差应控制在 6%以内。应按有关规定对每批钢绞线抽检强度、弹性模量、截面积、延伸量和硬度,同时应就实测的弹性模量和截面积对计算引伸量作修正,实际引伸量值应扣除钢束的非弹性变形影响。

(7)封锚灌浆。

张拉完成后 24h内灌注防腐油脂,封端前界面应凿毛,充分湿润后,浇筑封端混凝土。钢绞线沿箱梁的端部应进行冷切割,预留 1～2cm长度,可采用手持砂轮将钢绞线切割,严禁使用电或氧弧切割。

4 体外预应力在桥梁加固中的应用

体外预应力加固法有如下优点:(1)自重增加少,但可大幅提高承载能力;(2)由于上部自重增加少,因而对下部影响小;(3)施工简单,工期短,经济效益明显;(4)施工过程不中断或少中断交通;(5)对原结构损伤小,不影响桥下净空;(6)应力可调整,预应力束可更换。在旧桥梁维修加固中使用体外预应力是一种十分理想的加固方法,具有广阔的发展前景。

需要注意的是:(1)体外束桥梁加固结构的预应力筋构造形式及施工方法与常规的体内有粘结或无粘结预应力筋有较大的差异,因而其预应力损失的计算方法也有所不同。经计算表明,与一般的预应力混凝土结构比较,体外束加固结构的预应力损失要小得多。针对这一点,预应力钢筋的控制应力应适当降低.以避免体外预应力筋长期处于高应力状态,对改善体外束结构的受力状态有利。(2)加固施工期间,应对关键断面的混凝土应力状况予以监测,确保施工安全。监测点根据理论计算结果布置,施工时若发现异常,应立即停止施工,查明原因。(3)加固完成后,应对桥梁结构的裂缝、挠度、基础变位等情况进行长期监控,及时养护。