雅瑶立交桥悬臂T构加固方案分析研究__墨水学术,论文发表,发表论

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:423

副标题#e#摘要：根据雅瑶立交桥主桥T构悬臂下挠严重、上部结构出现较多受力裂缝，支座破损等多种严重病害，结合雅瑶立交桥的加固方案特点；本文通过有限元分析计算，验证了主桥悬臂T构通过施加体外预应力增加结构的安全储备加固方案的可行性。
　　关键词：加固、体外预应力、T构、应力
　　雅瑶立交桥为桂和路跨越广佛高速公路的一座大桥，全长937.56m。主桥为两个各长78.95米的悬臂T构，单箱三室截面，转体墩，3×16米挂梁（预应力混凝土T梁），引桥为预应力混凝土空心板。主桥跨径组成为：16m+79m+16m+79m+16m。桥面全宽为20m（2×0.5m防撞护栏+2×1.5m紧急停靠带+2*7.5m行车道+1.0m中央分隔带）。双向四车道，桥梁纵坡不大于3.5%，双向1.5%横坡。桥面铺装采用30号防水混凝土，直线段为8cm厚，弯曲段为9cm厚。
　　根据《佛山市南海区雅瑶立交桥检测报告》，雅瑶立交桥引桥、主桥均存在一定程度病害。主桥箱梁顶板内表面、底板外表面出现较多的纵向裂缝，左、右侧腹板内表面出现了一定的竖向裂缝，横隔板内表面也出现了一定数量的竖向裂缝。
　　
　　图1雅瑶立交桥主桥结构布置及应力测试纵断面布置图
　　一、主桥加固设计
　　本次结构维修加固设计的基本思路：主梁：采用箱内增设体外索的方法进行维修加固，箱内增设钢筋混凝土锚块。每个T构的每个室内设置2根15Φj15.24体外预应力钢束，全桥共布置12根。因无法检测到现有预应力的损失程度及后期可能延续发生的预应力锈蚀，设计时按预应力损失最大可能及最小可能量对结构进行验算，确保在各种可能下结构的安全。箱内顶板纵向裂缝较多，预应力密集，对此采用灌缝封闭且粘贴碳纤维布的方法进行维修加固，其他部位裂缝较少仅采用灌缝或表面封闭方法对裂缝进行处理。
　　引桥及桥面系：引桥空心板横向裂缝主要由超载及承载力略显不足所致，通过粘贴碳纤维布以提高其承载能力；引桥空心板间连接部分受损；主桥桥面破损较为严重，经过多次局部维修；综合考虑以上情况，对全桥桥面进行更换，同时更换伸缩缝。
　　二、有限元分析
　　2.1计算模型
　　结构计算采用桥梁结构计算分析专用软件“桥梁博士V3.0”。整个桥梁结构划分为218个单元，共计223个节点，计算采用kN-m制。结构计算模型见图2。
　　
　　图2计算模型图此桥为对称结构，只需A、B、C、D四点应力，A、D两点为体外索锚块处，B为墩顶，C为悬臂跨中。具体应力及挠度分析如下。
　　2.2持久状况承载能力极限状态计算
　　《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（D62-2004）（以下简称《设计规范》）第5.1.5条规范：构件承载能力极限状态强度，应符合下式要求：本桥为两个各长78.95米的悬臂T构，单箱三室截面，转体墩，3×16米挂梁（预应力混凝土T梁），按规范查取结构重要性系数取1.0，本桥此次计算只验算悬臂T构，因本桥结构及预应力布置对称，只验算一边悬臂T构。持久状况承载能力极限状态效应内力包络图及验算截面如图3、图4。
　　
　　图3持久状况承载能力极限状态弯矩包络图
　　
　　图4持久状况承载能力极限状态剪力包络图
　　
　　图5持久状况承载能力极限状态验算截面图
　　表1持久状况承载能力极限状态典型截面验算（KN•M）
　　截面    类型    Mj    R    是否满足
　　1截面    最大负弯矩    -124715    508104    是
　　2截面    最大正弯矩    47482    361641    是
　　备注：验算时选取正弯矩和铀弯矩最大值截面验算，即图5中T构#p#副标题#e#支点截面-1和距支点截面-2。
　　从计算结果可以看出，在考虑结构重要性系数1.0的条件下，箱梁控制截面在持久状况极限状态组合下承载能力均大于截面承载能力极限状态计算值，可以满足规范截面承载力要求。计算中没有考虑普通钢筋对结构承载力的影响。
　　2.3持久状况正常使用极限状态计算
　　（1）抗裂验算
　　根据《设计规范》第6.1.2条规定，进行全预应力混凝土构件抗裂设计，根据《设计规范》第6.3.1条规定验算抗裂：
　　正截面抗裂：短期效应组合下图6为短期效应组合下混凝土正截面抗裂验算图，从图中可见，短期效应组合下拉应力满足规范要求，满足抗裂要求。图7为长期效应组合下混凝土正截面抗裂验算图，从图中可见，长期效应组合下，本桥主梁截面不出现拉应力，满足抗裂要求。
　　
　　图6短期效应组合下混凝土正截面抗裂验算图
　　
　　图7长期效应组合下混凝土正截面抗裂验算图斜截面抗裂：
　　图8为短期效应组合下混凝土主拉应力图。从图中可见，在弯矩和剪力共同作用下，主梁支点处主拉应力超标，不满足斜截面抗裂规范要求。
　　
　　图8短期效应组合下混凝土斜截面抗裂验算图
　　（2）挠度验算
　　图9为持久状况正常使用极限状态荷载效应组合竖向变形包络图。由规范插值求得挠度长期影响系数。按照《设计规范》验算，具体详见表2。验算结果表明主梁刚度满足规范要求。
　　
　　图9持久状况正常使用极限状态荷载效应组合竖向变形包络图（单位：m）
　　表2持久状况正常使用极限状态挠度验算
　　位置    最大竖向位移（cm）    最小竖向位移（cm）    消除结构自重产生的长期挠度后的最大竖向挠度（cm）    容许值（cm）    是否满足
　　T构悬臂端    11.6    5.6    6.56    13.1    满足
　　（3）预应力钢束标准值组合应力验算
　　按照《设计规范》第7.1.5条，使用阶段预应力混凝土受弯构件中预应力钢筋的拉应力符合下列规定：按照《设计规范》第6.2中规定，计算中钢束锚固时弹性回缩合计总变形对两端张拉取12mm，单端张拉取6mm，预应力钢束与管道壁的摩擦系数取0.20，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数取0.0015，钢束松驰引起的预应力损失终极值按《设计规范》第6.2.6规定计算。
　　预应力钢束按标准值效应组合计算应力如下（见表3），可见，在持久状况正常使用极限状态下，预应力钢束应力满足规范的要求。
　　表3预应力钢筋标准值效应组合应力验算
　　钢束编号    最大应力
　　（MPa)    容许应力
　　（MPa）    是否满足    钢束编号    最大应力
　　（MPa)    容许应力
　　（MPa）    是否满足
　　1    -1060    -1209    是    13    -1020    -1209    是
　　2    -1110    -1209    是    14    -1040    -1209    是
　　3    -1140    -1209    是    15    -1070    -1209 &nbs#p#副标题#e#p;  是
　　4    -1150    -1209    是    16    -1070    -1209    是
　　5    -1170    -1209    是    17    -1100    -1209    是
　　6    -1170    -1209    是    18    -1120    -1209    是
　　7    -1180    -1209    是    19    -1110    -1209    是
　　8    -1180    -1209    是    20    -1110    -1209    是
　　9    -1190    -1209    是    21    -1110    -1209    是
　　10    -1200    -1209    是    22    -1130    -1209    是
　　11    -1220    -1209    是    23    -1150    -1209    是
　　12    -1220    -1209    是    24    -1100    -1209    是
　　2.4持久状况构件的应力计算
　　在使用荷载作用下，持久状况下预应力混凝土构件的法向压应力容许值为（扣除全部预应力损失）应符合下列规定：
　　在使用荷载作用下，持久状况下预应力混凝土构件的主压应力容许值为：。具体计算结果见图10、图11
　　
　　图10持久状况正常使用极限状态主梁法向压应力图
　　
　　图11持久状况正常使用极限状态主梁主压应力图
　　从图10中可见，上缘最大法向压应力为12.03Mpa，下缘最大法向压应力为7.9Mpa，均能满足规范要求。从图11中可见，梁在墩顶附近出现最大主压应力，为18.34Mpa，满足规范要求。
　　三、结论
　　雅瑶立交桥维修加固工程方案中，主桥部分通过施加体外预应力方法增加结构的安全储备。本文结合雅瑶立交桥主桥的加固方案特点，通过有限元分析计算，分析了结构中持久状况承载能力极限状态、正常使用极限状态计算和构件应力计算，验证了该加固方案的可行性。目前该桥已施工完成，取得了预期的加固效果。具体的施工过程及加固情况将另行成文分析。