箱梁體外預(yù)應(yīng)力加固效果的分析

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)過多年運(yùn)營，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，造成腹板豎向開裂。3、加固思路通過在箱梁腹板外側(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#臺考慮6.7mm，1#、2#墩考慮8.3mm組合Ⅰ恒載（結(jié)構(gòu)重力）+汽車組合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+溫度影響力組合Ⅲ恒載（結(jié)構(gòu)重力）+掛車（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?。?1116MPa，同時(shí)應(yīng)考慮體外鋼束在張拉過程中的預(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（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