连续刚构桥病害机理及加固措施__墨水学术,论文发表,发表论文,职

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:251

副标题#e#摘要：混凝土出现大量裂缝，主梁挠度过大等现象是国内已建连续刚构桥梁在运营期间普遍存在的问题。本文通过对连续刚构桥病害机理进行分析,有针对性的提出加固措施。
　　关键词：连续刚构体外索下挠裂缝加固
　　自20世纪80年代以来随着国内桥梁技术、施工水平、机械设备的不断发展和提高，全国各地修建了大量预应力混凝土连续刚构桥，这些桥梁具有受力合理，墩梁固结，支座少，跨越能力大等特点而备受青睐。随着公路运量的增加，桥梁上车辆荷载的超限现象非常普遍，并且施工质量也难以保证，因此在后期运营过程中许多连续刚构桥出现了跨中挠度达数十厘米、主梁腹板出现大量斜裂缝等病害，导致桥梁总体承载能力下降，已经影响结构的使用安全和正常运营，因此为了恢复桥梁的使用安全和结构安全性，必须采取有效措施实施加固处理。
　　1连续刚构桥病害机理
　　连续刚构桥是高次超静定结构，主梁同时存在正负弯矩，当温度变化或地基沉降时，在主梁内产生会产生巨大，甚至超过材料极限强度的次内力，另外公路桥梁老规范的使用阶段混凝土主拉应力限值也偏于不安全。
　　1.1．施工误差及施工质量
　　①续刚构桥大部分主梁纵横向预应力采用钢绞线束施加，主梁的预应力孔道多布置为曲线，布置复杂，张拉预应力钢束时孔道偏差、孔道摩阻、以及施工误差均会引起预应力损失，导致预应力钢束的理论计算值与实际受力不吻合，实际施加预应力往往小于计算理论值，导致主梁混凝土的有效预压力偏小。
　　②由于大部分连续刚构桥均采用多块件悬臂浇注方法施工，施工时间较为分散，施工中标高控制出现误差无法避免，对于跨径达200m左右的桥梁来说，中跨跨中出现4cm左右的标高偏差，属于正常。为满足桥面设计标高的要求，弥补施工误差引起的桥面标高偏差，在进行桥面系施工时部分区域会采用加厚桥面铺装层的方法解决，并且各悬浇段底板也有超厚现象。因而使得主跨跨中主梁的荷载加大，向下的弹性变形增加，同时也使得徐变挠度也会有一定的增加。
　　③从已出现严重病害的桥梁检测过程中发现，由于施工质量问题，预应力管道压浆的密实度不足，不少地方存在空洞现象，预应力钢束未能有效的与混凝土牢固粘结为一个整体。箱梁内部有明显的蜂窝、麻面和露筋等现象，这些因素将会使梁体刚度下降，导致主梁变形加大。
　　④各悬浇段特别是靠近跨中区域的分段之间的结合面处理不当，两种龄期的混凝土未能良好结合，必然在箱梁上形成一个个的环形薄弱层，该层的弹性模量低，造成了预应力钢束的过大松弛损失，使跨中易形成下凹。
　　1.2    预应力钢束损失
　　连续刚构桥大部分主梁采用三向预应力结构，即纵横向预应力采用钢绞线束施加，竖向预应力采用精扎螺纹粗钢筋施加。
　　①预应力钢材锈蚀给桥梁带来了很大的危害。许多连续刚构桥主梁体内预应力采用钢绞线束。有的桥梁由于压浆施工工艺、沿河气候潮湿等因素的影响，钢绞线后期锈蚀严重，给桥梁带来各种病害。对于大跨径连续刚构桥梁，预应力钢绞线为主梁的主要受力材料，钢绞线的锈蚀将直接导致桥梁承载力的降低、挠度的加大。因此，预应力钢材防护质量问题成为导致桥梁出现病害的主要原因之一。
　　②竖向预应力损失影响也是桥梁病害的重要因素。许多连续刚构桥箱梁腹板竖向预应力采用精轧螺纹粗钢筋来施加。这种预应力钢筋一般长度较短，很小的锚固变形也会使预应力明显减小。研究表明，没有专门的设备和严格的施工控制，施工完成后实际有效预应力比理论值偏小。在长期运营过程中，车辆荷载对桥面的不断冲击，会导致精轧螺纹钢筋锚头逐渐松动，竖向预应力因锚固变形而减少，使该桥的抗剪能力下降。
　　1.3使用荷载超限
　　由于车辆超载，直接导致桥梁关键部位出现无#p#副标题#e#法回复的变形，因此大跨径桥梁主跨跨中区域出现异常的下挠可能与超载车辆通行有着直接关系。
　　2连续刚构桥加固措施
　　2.1增设体外纵向预应力钢束
　　在箱体内侧布置体外纵向预应力钢束来提高桥梁的承载力，使加固后的结构能够满足正常使用的要求，并保证有一定的安全储备。正确设置体外预应力钢束的孔道，可靠固定它们的位置，准确的施加体外预应力钢束是加固的关键环节。使加固后的结构能够满足正常使用的要求，并保证有一定的安全储备。
　　2.2箱体裂缝处理
　　采用高强度粘结剂，对裂缝实施灌浆封闭。对于1/4处的腹板斜裂缝，除采用高强粘结剂对裂缝实施灌浆封闭外，还应当在箱体内侧贴钢板或贴碳纤维来加强抗主拉应力能力，抑制腹板裂缝继续发展。
　　2.3蜂窝、麻面、空洞、掉块、露筋的处理
　　将蜂窝、麻面、空洞周围凿毛、洗净，用干砸混凝土填充。将钢筋或钢板锈迹清楚，并把松动保护层凿去、洗净。如损坏面积不大，可用环氧砂浆修补，如破坏面积较大，喷注高标号水泥砂浆。
　　3连续刚构桥工程加固实例
　　某连续刚构桥为70+160+70m，经过以下具体加固措施，确保了桥梁满足结构极限承载力正常使用的要求，改善箱梁腹板的主拉应力情况，避免开裂现象进一步发展，增大了主梁最小压应力储备，适当的改善桥梁的桥面线形，缓和了主梁明显下挠现象。
　　3.1纵向体外预应力钢束布置及转向构造
　　用于加固连续刚构桥的纵向体外预应力钢束如采用沿腹板布置在加厚腹板内的做法，由于每侧增加的体外索较多，且梁段底板在腹板交接处设有大量齿板，跨中的体外索由于齿板原因需上抬50~60cm，再加上几对预应力钢束竖向布置，又将分别上抬至少12cm、24cm，这样大大降低了跨中部分体外预应力的效应，并且由于加厚腹板，所增加的加固荷载也非常可观。为了解决上述问题，可以采用横向避开齿板与顶、底板平行布置的方案（见图1），这样大大提高了体外预应力的效应，大幅度减少了体外索的数量，才可能有效提高承载力，并保证有一定的安全储备。但体外索的转向装置如采用钢转向块分别固定在顶、底板上的做法，则由转向块产生的竖向力将使顶、底板难以承担，为此用分离式横隔板代替转向块，同时将体外索在顶、底板的转向位置尽可能设置在同一截面处（见图1），这样体外索在转向处的竖向力不只由顶板或底板单独承担，而由顶板、底板、腹板及横隔板组成箱型截面共同承担，而且分离式横隔板所增加的自重很有限。
　　
　　
　　图1体外纵向预应力钢束布置
　　3.2齿板的设计
　　纵向体外预应力钢束在墩顶处的锚固采用将其交叉锚固在墩顶横隔板两侧，横隔板间添实混凝土的方法，这样将会使锚固纵向体外预应力钢束带来的强大压力，由横隔板及横隔板间混凝土共同承受，以保证齿板的安全。
　　3.3增大主梁的应力储备
　　表1为加固前后正应力储备对比情况。
　　加固前后正应力对照表表1
　　应力    加固前
　　(MPa)    加固后
　　(MPa)    正应力增加
　　(MPa)
　　最大压应力    14.72    16.03    1.31
　　最小压应力    -1.59    3.04    4.63
　　注：表中压应力为正，拉应力为负。
　　从表1中可以看出，该桥在加固后大大提高了最小压应力储备，虽然最大压应力比原设计略有提高，但加固后最大压应力均在规范范围之内，且仍有较大的安全储备，因此在经加固后完全能够满足受力要求。
　　3.4有效地减小了主拉应力状况
　　表2为加固前后最大主拉应力对比情况。
　　加固前后最大主拉应力对照表表2
　　阶段   &n#p#副标题#e#bsp;加固前
　　(MPa)    加固后
　　(MPa)    主拉应力减小
　　(MPa)
　　成桥阶段    1.86    0.70    1.16
　　运营阶段    2.98    1.45    1.53
　　从表中可以看出，该桥在经体外预应力加固后大大减小了主拉压应力，而且又粘贴了钢板，确保腹板裂缝不会继续发展或加宽。
　　4结论
　　施工质量、施工误差、纵向及竖向预应力不足、主拉应力过大是重要内因，而长期超载使用是诱发桥梁损坏的重要外界条件。通过以上措施加固的连续刚构桥梁，在增大主梁的应力储备、有效减小主拉应力状况、提高承载能力方面取得了很大成效。经实践证明，在采用上述加固措施加固的连续刚构桥完全能满足结构的受力要求，保证了桥梁的正常运营和使用安全性。