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箱梁體外預(yù)應(yīng)力加固效果的分析1、橋梁概況該橋上部結(jié)構(gòu)為(20+30+20)m的現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁,箱梁梁高1.7m,單箱雙室斷面,頂板寬度為12.0m,底板寬度為7.6m,懸臂長(zhǎng)度為2.0m,箱梁腹板厚度為30~50cm,箱梁跨中截面頂板厚度25cm、底板厚度20cm。原橋設(shè)計(jì)荷載為汽-超20,掛-120。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)營(yíng),各跨底板在橋跨1/4~3/4范圍內(nèi)均有橫橋向裂縫產(chǎn)生,縫寬基本介于0.05~0.20mm之間,最大縫寬達(dá)0.32mm,縫長(zhǎng)基本介于0.20~2.00m之間,裂縫間距介于0.10~0.80m之間,部分裂縫延伸至腹板;另外,腹板除與底板連通的裂縫外,還有大量豎向裂縫,裂縫寬度基本介于0.05~0.20mm之間,最大縫寬達(dá)0.45mm,縫長(zhǎng)介于腹板高度的1/3~2/3之間,少量裂縫豎向貫通腹板。2、橋梁上部結(jié)構(gòu)主要病害成因分析本橋上部為鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu),主跨跨徑為30m,梁高為1.7m,梁高偏低。承載能力計(jì)算結(jié)果顯示箱梁跨中抗彎承載能力不足,因而導(dǎo)致跨中區(qū)域產(chǎn)生大量橫向裂縫;底板橫向裂縫繼續(xù)沿伸至腹板,造成腹板豎向開(kāi)裂。3、加固思路通過(guò)在箱梁腹板外側(cè)布置齒板及轉(zhuǎn)向塊,增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力鋼束,在體外預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完畢后,澆筑腹板加厚段增大箱梁截面來(lái)提高箱梁的承載力。預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)置在箱梁邊腹板外側(cè),N1、N2鋼束兩端分別錨固于距梁端1.3m處箱梁腹板上,每側(cè)腹板均設(shè)置2根5Φs15.2mm的體外預(yù)應(yīng)力鋼束;N3鋼束兩端分別錨固于中跨距中墩1m處箱梁腹板上,每側(cè)腹板均設(shè)置1根5Φs15.2mm的體外預(yù)應(yīng)力鋼束;全橋N1、N2、N3共6根鋼束。4、計(jì)算分析(1)有限元建模采用橋梁通用有限元綜合程序MIDASCivil7.41進(jìn)行分析,建立空間梁格有限元模型。加固前、后結(jié)構(gòu)計(jì)算模型圖。主要計(jì)算參數(shù)及荷載組合表1主要計(jì)算參數(shù)40號(hào)混凝土彈性模量3.3×104Mpa采用溫度梯度升溫梯度T1=14℃、T2=5.5℃;降溫梯度T1=-7℃、T2=-2.75℃支座沉降0#、3#臺(tái)考慮6.7mm,1#、2#墩考慮8.3mm組合Ⅰ恒載(結(jié)構(gòu)重力)+汽車(chē)組合Ⅱ恒載(包括結(jié)構(gòu)重力、混凝土收縮及徐變影響力、基礎(chǔ)變位影響力)+汽車(chē)+溫度影響力組合Ⅲ恒載(結(jié)構(gòu)重力)+掛車(chē)(2)加固前箱梁內(nèi)力計(jì)算經(jīng)計(jì)算,加固前,在承載能力極限狀態(tài)最不利荷載組合下箱梁彎矩圖如下。(3)加固后箱梁內(nèi)力計(jì)算經(jīng)計(jì)算,加固后,在承載能力極限狀態(tài)最不利荷載組合下箱梁彎矩圖如下。(4)箱梁控制截面抗彎承載能力驗(yàn)算本橋體外鋼束張拉控制應(yīng)力取:=1116MPa,同時(shí)應(yīng)考慮體外鋼束在張拉過(guò)程中的預(yù)應(yīng)力損失。加固后抗彎承載力采用以下公式計(jì)算:其中,體外索的水平鋼束極限應(yīng)力按下式計(jì)算:其中,C為截面中性軸到混凝土受壓區(qū)頂面的距離,其它參數(shù)定義參見(jiàn)參考文獻(xiàn)1。箱梁控制截面承載能力計(jì)算結(jié)果。加固前彎矩(kN.m)MuMjMu/Mj邊跨跨中15067.815474.60.97中跨跨中20748.325302.80.82中支點(diǎn)29152.331352.20.93加固后彎矩(kN.m)MuMjMu/Mj邊跨跨中17666.216549.31.07中跨跨中31212.827868.61.12中支點(diǎn)31130.529025.21.075、計(jì)算結(jié)果分析(1)驗(yàn)算結(jié)果表明,加固后箱梁跨中截面彎矩較加固前有所增大,支點(diǎn)截面彎矩較加固前有所減小,箱梁控制截面承載能力顯著提高。加固后箱梁控制截面抗彎承載能力滿足規(guī)范要求,中跨跨中截面抗彎承載能力安全系數(shù)為1.12,邊跨跨中截面抗彎承載能力安全系數(shù)為1.07。(2)張拉體外預(yù)應(yīng)力在結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生次內(nèi)力,導(dǎo)致箱梁跨中截面內(nèi)力較加固前有所增大,所以在進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)時(shí),要反復(fù)對(duì)比試算,在滿足構(gòu)造要求的前提下,盡量使次內(nèi)力最小,同時(shí)保證最有效地提高結(jié)構(gòu)承載能力。6、結(jié)束語(yǔ)(1)與粘貼鋼板、粘貼纖維材料等加固方法相比,增設(shè)體外預(yù)應(yīng)力屬主動(dòng)加固,可有效提高結(jié)構(gòu)的承載力,同時(shí)配合增大截面加固法可提高結(jié)構(gòu)剛度,改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),是目前針對(duì)混凝土梁橋的一種有效加固方法。(2)采用體外預(yù)應(yīng)力對(duì)箱梁進(jìn)行加固時(shí),鋼束錨固點(diǎn)橫橋向應(yīng)盡量靠近頂板與腹板的倒角處布置,縱橋向應(yīng)盡量靠近箱梁端橫梁及中橫梁處布置,這些位置結(jié)構(gòu)剛度較大,便于預(yù)加力的傳遞。如將錨固點(diǎn)布置在較為薄弱的中間腹板斷面位置,在體外預(yù)應(yīng)力鋼束
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