體外預應力法加固預應力混凝土T梁

侯菊芳

(江西交通職業技術學院，江西南昌 330013)

體外預應力法加固預應力混凝土T梁

侯菊芳

(江西交通職業技術學院，江西南昌 330013)

針對橋梁病害現象，介紹了應用體外預應力法加固預應力混凝土T梁的方法，并從加固前和加固后兩方面分析比較了其加固效果，總結了加固施工中的注意事項，滿足T梁主拉應力的規范要求。

預應力鋼束，橫隔板，齒板，加固

1 橋梁概況及檢測現狀

1．1 橋梁簡況

某二級公路改建工程于2008年底建成通車，位于該公路設計里程K10+895有一座跨徑為5-50 m的預應力混凝土簡支T梁橋。設計荷載為公路—Ⅱ級，設計洪水頻率為1/100。

該橋橋面寬度凈9 m+2×0．5 m，上部結構主梁采用預制預應力混凝土簡支T梁，預制梁頂板寬度1．5 m，梁頂橫坡為1．5%，T梁高度為2．7 m，高跨比為1/18．52，懸臂端部厚度20 cm，根部厚度為28 cm。跨中腹板厚度20 cm，支點附近腹板厚度45 cm，腹板變化段長度為2．5 m，每跨T梁設置5道橫隔板，分別設在兩支點、1/4跨、跨中、3/4跨處。下部結構為空心薄壁墩，樁柱式臺，鉆孔灌注樁基礎。

1．2 橋梁病害

2010年對大橋進行了檢測，由檢測報告可知，T梁主要病害為：

1)全橋5跨T梁共出現24條裂縫，大部分裂縫出現在跨中下緣位置，為豎向裂縫，個別裂縫貫通馬蹄呈現出U形，豎向裂縫均呈現出上窄下寬的形態，車輛通過時有明顯的開合現象，裂縫寬度為0．02 mm～0．11 mm，裂縫長度為20 cm ～125 cm;部分裂縫為縱向水平裂縫，主要分布在馬蹄的兩垂直側面，裂縫寬度為0．03 mm～0．10 mm，裂縫長度為120 cm ～920 cm;豎向及縱向水平裂縫深度為38 mm～52 mm。

2)橫隔板多處有混凝土碎裂、機械損傷、錯位(3處)、未澆實及脫空現象。

3)現澆濕接縫多處跑模(5處)、外鼓及振搗不實。

4)T梁保護層厚度偏薄，50%的保護層厚度小于設計值。

2 加固設計

經過對原結構T梁計算分析，中梁及邊梁在承載能力極限狀態下抗彎承載能力不滿足規范要求，在設計荷載作用下，中梁跨中抗彎強度較設計極限彎矩小13%，邊梁跨中抗彎強度較設計極限彎矩小15%，說明T梁的抗彎承載能力嚴重不足，邊梁距梁端4 m～7 m的范圍抗剪強度較設計極限剪力小2%，不能滿足規范要求;在正常使用極限狀態下，邊梁下緣主拉應力超限，不滿足規范要求;使用階段裂縫寬度驗算中，邊梁裂縫寬度不滿足規范要求;從橋梁檢測報告中的靜載實驗結果可以看出，橋梁存在橫向聯系偏弱，橫向傳力不理想及加載時T梁產生側向變形等現象。為確保該大橋的安全運營及耐久性，須處治上部結構T梁病害，并進行加固處理。

2．1 增設體外縱向預應力鋼束

預應力束對稱布置在每片T梁腹板兩側，兩端分別錨固于梁端新增齒板上。每片T梁布置2根3-Φs15．24 mm(上排)和2根4-Φs15．24 mm(下排)的體外無粘結預應力鋼絞線，腹板每側分別布置2根鋼束，分上下兩排，每側鋼束通過四個轉向塊進行豎向彎轉，上排鋼束彎轉角度為7°，下排鋼束彎轉角度為6°，鋼束在新增齒板內通過預埋鋼管進行水平彎轉，彎轉角度為2．862°。豎向轉向塊左右兩側通過轉向塊錨固鋼板外包T梁馬蹄成為一個整體;每片T梁在跨中設置一道定位及減振錨卡，新增齒板與轉向塊之間的鋼束直線段設置一道定位及減振錨卡，預應力鋼束采用兩端對稱張拉，錨下控制應力為1 116 MPa。鋼束布置見圖1。

圖1 體外預應力鋼束立面布置圖

2．2 上部結構T梁間增設橫隔板

由檢測報告并結合原橋的計算分析結果，原結構橫向聯系偏弱，在荷載作用下不能很好的對荷載進行橫向分配，在加載情況下梁體有側向位移產生，為加強上部結構的整體性，提高橫向剛度，采用在橋跨T梁間增設橫隔板的辦法來解決橫向聯系弱的問題，每跨增設4道橫隔板，橫隔板厚度為20 cm。

2．3 常規病害修復措施

1)裂縫：裂縫寬度不小于0．15 mm的結構受力裂縫采用壓漿法進行修補;非結構受力裂縫和寬度小于0．15 mm的裂縫采用封閉法進行修補。

2)混凝土局部破損：清理破損區域，露出堅實界面，用改性聚合物水泥砂漿修補。

3)露筋銹蝕：清理露筋區域，對鋼筋除銹，用改性聚合物水泥砂漿修補，在修補范圍及周邊涂刷滲透型阻銹劑(抗滲劑)。

3 加固效果理論分析

3．1 T梁加固前、后驗算分析比較

對T梁加固前、后的應力、承載能力及變形情況進行驗算比較，主要計算結果見表1～表3。

3．2 新增齒板及轉向塊局部分析

體外預應力新增齒板錨下混凝土局部抗壓承載力、抗剪承載力、抗拉承載力驗算，轉向塊抗剪及齒板處局部應力分析見表4～表7。

對T梁新增齒板錨固區進行局部分析，計算模型采用實體單元建立，如圖2所示。

表1 正常使用極限狀態抗裂性及持久狀況應力驗算對比表MPa

表2 承載能力極限狀態驗算對比表

表3 T梁抗裂驗算對比表

表4 新增齒板錨下局部抗壓承載力驗算表 kN

表5 新增齒板抗剪承載力驗算表 kN

表6 新增齒板平彎鋼束處抗拉承載力驗算表 kN·m

表7 轉向塊抗剪承載力驗算表 kN

將體外預應力作為面荷載施加在T梁新增齒板錨墊板區域，錨固區縱向正應力的分布云圖如圖2所示。計算結果表明，體外預應力張拉后，原結構在新增齒板附近混凝土最大縱向正拉應力為1．28 MPa，在產生拉應力區域由于原結構有足夠的壓應力儲備，實際張拉后該區域處于受壓狀態。

3．3 T梁驗算結論

加固后，T梁結構受力狀態得到改善，具體體現在以下幾個方面：

1)加固后T梁主拉應力滿足規范要求;2)T梁跨中抗彎承載能力滿足規范要求中梁Mu/Mj=1．07，邊梁Mu/Mj=1．08;3)T梁最不利截面的抗剪承載能力滿足規范要求，中梁Qu/Qj=1．10，邊梁Qu/Qj=1．03;4)加固后T梁為全預應力構件;5)新增齒板錨下混凝土局部抗壓承載力、抗剪承載力、抗拉承載力均滿足規范要求，齒板附近混凝土拉應力較小，轉向塊抗剪能力滿足規范要求。

圖2 T梁體外預應力錨固區應力云圖

4 結語

由于本公路為重要的能源運輸通道，交通量大，超載車輛多，本次加固設計中，由于梁體自重增加，應對下部結構進行驗算。

按公路—Ⅱ級荷載進行加固后下部結構驗算，結論如下：

橋墩蓋梁抗彎、抗剪承載能力滿足規范要求，最大計算裂縫寬度滿足規范要求;橋臺臺帽抗彎、抗剪承載能力滿足規范要求，最大計算裂縫寬度滿足規范要求;墩、臺樁基豎向承載能力滿足規范要求，個別橋臺樁基豎向承載能力儲備偏低。

本橋為跨越沖溝而設，沖溝深度較大，兩岸地勢陡峭，且表面土層松軟或外露基巖破碎，所以加固不宜采用支架施工。綜合考慮施工難易程度，經濟及安全等方面因素，建議采用搭設吊架的方法進行施工;吊架采用吊桿，承重橫梁及保持整體穩定性的縱向聯系形成主體承重結構，用木板搭設施工操作平臺，兩側設置防落網，吊桿上端與種植在梁體的鋼筋連接，種植于梁體的鋼筋應對稱設置在T梁兩側。

在施工時要注意以下問題：

1)新增齒板及橫隔板在梁體對應位置植筋鉆孔前，應針對情況類似的構件進行試驗性鉆孔，對所采用的器具、鉆孔方法驗證后方可進行正式鉆孔，以免對結構造成不必要的損傷。2)預應力鋼束鋼制轉向塊及錨卡，應根據環境情況及防腐材料性能的要求，對鋼構件每隔5年～8年進行一次養護維修，重新涂裝防腐材料，以保證其耐久性及使用壽命。3)建議在張拉體外預應力期間對梁體的應力變化情況及位移進行監控，確保施工安全。

［1］JTG/T J22-2008，公路橋梁加固設計規范［S］．

［2］JTGD 62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］．

［3］JTGD 60-2004，公路橋涵設計通用規范［S］．

On consolidation of prestressed concerte T beam with external prestressing strengthening method

HOU Ju-fang

(Jiangxi Communications Vocational and Technical College，Nanchang 330013，China)

According to the diseases on bridges，the paper introduces the application of the external prestressing strengthening method to consolidate the prestressed concrete T beam，compares its consolidation effect before and after the consolidation，and sums up the precautions in the consolidation construction，so as to enhance the regulation demands for the principal tensile stress of T beam．

prestressed cable，diaphragm plate，toothed plate，consolidation

TU746．3

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.077

1009-6825(2013)10-0026-02

2013-01-29

侯菊芳(1976-)，女，工程碩士，副教授