（交通运输工程专业论文）大跨度预应力混凝土连续箱梁加固施工技术研究.pdf

本人 尽我所知 的研究成 一同工作 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 躲烨蜷 结合一座长江大桥引桥 修加固工程，对大跨径预应 大跨径预应力混凝土连 病害采取有效的加固维修措施而恢复其安全性和耐久性，恢复桥梁的使用性是十分必要的。 桥梁的加固依据加固方法的机理分为“被动加固法 和“主动加固法 ，但在解决具体桥 梁的加固中，往往根据病害特征以及加固要求而采用综合加固方法，即对箱梁的加固是由某 几个“被动加固法一和某个“主动加固法组合起来的方法。但是，其中必须有一个主导的 加固方法。 本文研究的目的是通过分析该联连续箱梁的维修加固实施过程，深入研究综合加固法的 施工组织设计及各维修加固方法的施工工艺，如裂缝灌浆、粘贴钢板加固、增设劲性骨架加 固、增设体外预应力加固等。通过合理的施工组织及严格控制各维修加固措施实施过程中各 个工艺环节，以达到预期的效果。最终竣工荷载试验检测数据表明，综合加固方案取得较为 满意的成效。 本维修加固工程施工过程的研究，可以为同类型桥梁的维修加固工程提供重要的参考。 关键词：桥梁工程、预应力混凝土连续箱梁、综合加固法、施工技术、施工质量。 东南大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t c o m b m a f i o no fay a n g t z er i v e rb r i d g ea p p r o a c h6 5 4 2 5 m + 12 6 m + 6 5 4 2 5 mo ft h e t h r e e - s p a nc o n t i n u o u sp r e s t r e s s e dc o n c r e t eb o xg i r d e rs t r e n g t h e n i n gw o r k sf o rt h em a i n t e n a n c eo f t h ed i s e a s e ，f o rl a r g e - s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t eb o xg i r d e rr e i n f o r c e m e n tt e c h n i q u e sw e r es t u d i e d l o n g - s p a np r e s t r e s s e dc o n c r e t ec o n t i n u o u sb o xg i r d e rm t l l ea r e ao fc r a c k i n ga n dc r o s su n d e r t h eb r i d g er a d i u si st o ol a r g ei sam a j o rd i s e a s e t 1 1 cr e i n f o r c e m e n tf o rt h ed i s e a s et ot a k ee f f e c t i v e m e a s u r e st or e s t o r ei t sm a i n t e n a n c eo fs a f e t ya n dd u r a b i l i t y , t or e s t o r et h eu s eo ft h eb r i d g ei sv e r y n e c e s s a r y b r i d g er e i n f o r c e m e n tm e t h o db a s e do nt h em e c h a n i s mo fr e i n f o r c e m e n ti s d i v i d e di n t o ”p a s s i v er e i n f o r c e m e n tm e t h o d a n d ”a c t i v er e i n f o r c e m e n tm e t h o d ”b u ti n t h es e t t l e m e n t o f r e i n f o r c e dc o n c r e t eb r i d g e ，o f t e na c c o r d i n gt od i s e a s ec h a r a c t e r i s t i e sa n dr e q u i r e m e n t so fa l l i n t e g r a t e dr e i n f o r c e m e n tr e i n f o r c e m e n ta p p r o a c h ，n a m e l y , b o xg i r d e rr e i n f o r c e m e n ti sa u t h o r i z e db y an u m b e ro f ”p a s s i v er e i n f o r c e m e n tl a w ”a n da n ”a c t i v er e i n f o r c e m e n tm e t h o d , ”c o m b i n e d a p p r o a c h h o w e v e r , o n em u s th a v eal e a d i n gr e i n f o r c e m e mm e t h o d 1 1 圮p u r p o s eo ft h i ss t u d yi st oa n a l y z et h ej o i mt h r o u g ht h em a i n t e n a n c eo fc o n t i n u o u sb o x g i r d e rs t r e n g t h e n i n gt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s s ，i n - d e p t hs t u d yo fa ni n t e g r a t e dr e i n f o r c e m e n t m e t h o do fc o n s t r u c t i o no r g a n i z a t i o nd e s i g na n dt h em a i n t e n a n c eo fr e i n f o r c e m e n tm e t h o do f c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , s u c ha sc r a c kf i l l i n g ，p a s t es t e e lr e i n f o r c e m e m ，a na d d i t i o n a lf o r c ef r a m e r e i n f o r c e m e n t , a d d i t i o n a l e x t e r n a l p r e s t r e s s i n g r e i n f o r c e m e n ta n ds oo n t h r o u g hr a t i o n a l o r g a n i z a t i o na n ds t r i c tc o n t r o lo fc o n s t r u c t i o nr e i n f o r c e m e n tm e a s u r e sh a v eb e e ni m p l e m e n t e d d u r i n gt h er e p a i rp r o c e s si na l la s p e c t si no r d e rt oa c h i e v et h ed e s i r e dr e s u l t s c o m p l e t e dt h ef i n a l t e s td a t ai n d i c a t et h a tac o m p r e h e n s i v es t r e n g t h e n i n gp r o g r a mh a sm o r es a t i s f i e dw i t ht h er e s u l t s 1 1 l em a i n t e n a n c eo ft h ec o n s t r u c t i o np r o c e s so fs t r e n g t h e n i n gw o r k s ，y o uc a nr e p a t rab r i d g e f o rt h es a m et y p eo fr e i n f o r c e m e n tp r o v i d ea ni m p o r t a n tr e f e r e n c ew o r k s k e yw o r d s ：b r i d g ee n g i n e e r i n g ，p r e - s t r e s s e d c o n c r e t ec o n t i n u o u sb o x r e i n f o r c e m e n tm e t h o d , c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , c o n s t r u c t i o nq u a l i t y 1 i 目录 中文摘要”l 英文摘要 第l 章概述l 1 1 预应力混凝土连续箱梁l 1 2 大跨度预应力混凝土连续箱梁常见病害l 1 3 国内桥梁加固技术现状3 1 4 研究的主要内容6 第2 章工程背景8 2 1 工程概况8 2 2 箱梁病害及成因9 2 3 箱梁加固设计1 4 第3 章体外预应力加固箱梁施工方法1 8 3 1 设计要求1 8 3 2 箱内锚固块施工方法2 2 3 3 体外预应力索张拉旌工方法2 7 第4 章粘贴钢板和碳纤维布加固箱粱施工方法3 2 4 1 设计要求3 2 4 2粘贴钢板加固施工方法3 6 4 3 粘贴碳纤维加固施工方法4 2 第5 章劲性骨架加固旌工方法4 6 5 1 设计要求4 6 5 2劲性骨架加固施工方法4 6 第6 章箱梁综合加固方法的施工组织设计讨论”5 0 6 1 箱梁综合加固法施工组织的重要性5 0 6 2 综合加固法施工组织的原则5 0 6 3 箱梁综合加固施工的组织设计一5 l 第7 章箱梁加固效果检查一一一- - * - - - - - - - - 5 4 7 1 静载试验5 4 7 2 动载试验6 0 7 3 试验结论6 2 结论6 3 致谢“ 参考文献6 5 第1 章概述 第1 章概述 1 1 预应力混凝土连续箱梁 1 9 2 8 年，法国弗雷西内工程师经过2 0 年的研究，用高强钢丝和混凝土制成了预应力钢筋混凝土。这 种材料，克服了钢筋混凝土易产生裂纹的缺点，使桥梁可以用悬臂安装法、顶推法施工。随着高强钢丝和 高强混凝土的不断发展，预应力钢筋混凝土桥的结构不断改进，跨度不断提高。 预应力钢筋混凝土桥有简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥、拱桥、桁架桥、刚架桥、斜拉桥等桥型。简 支梁桥的跨径多在5 0 米以下。预应力混凝土连续梁桥由于其具有变形小、结构刚度好、行车舒适度高等 优点，在4 0 r 2 0 0 m 跨径区域内具有较高的技术、经济等优势，是国内外普遍使用的一种桥梁结构形式。 2 0 世纪5 0 年代，我国在修建大量小跨径钢筋混凝土梁桥的同时，开始对预应力混凝土桥梁进行研究 与试验，于1 9 5 6 年在公路上建成了第一座跨径为2 0 m 的预应力混凝土简支梁桥。 7 0 年代后期，在桥梁建设上，各种体系的预应力混凝土桥梁获得了迅猛的发展，各国应用最多的预应 力混凝土连续梁桥在国内开始兴建，主要采用顶推法、移动模架法、逐跨架设法、膺架法、预制拼装法等 进行施工 进入年代，用悬臂法施工的大跨度连续梁桥也在国内获得了迅速发展。由于箱形截面梁抗扭刚度大、 内力分布比较均匀，特别是在桥梁处于悬臂状态时，具有良好的静力和动力稳定性，对悬臂旅工的大跨度 梁桥特别有利，因此，在大跨度预应力混凝土粱桥中，绝大部分采用了箱形截面。 8 0 年代末至9 0 年代初，预应力束锚固与张拉材料及设备的日益发展和不断完善，促进了预应力混凝 土连续梁桥向更大的跨径冲击。 我国自2 0 世纪8 0 年代中后期开始，修建了大量的预应力混凝连续梁桥，涵盖了公路、铁路、城市 立交等各个方面。如1 9 8 4 年建成的广东顺德容奇桥( 7 3 5 叫- 3 9 0 m + 7 3 5 m ，连续梁) 、1 9 9 7 年建成的广东 虎门大桥辅航道桥( 1 5 0 m + 2 7 0 m + 1 5 0 a ，连续刚构) 、2 0 0 0 年建成的南京长江二桥北汊桥( 9 0 m 3x 1 6 5 m + 9 0 a ， 连续粱) 等 1 2 大跨度预应力混凝土连续箱梁常见病害 随着交通运输事业的飞速发展，不但车辆数量急剧增加，而且车辆载重也越来越大，有相当数量的桥 梁由于设计荷载标准低、设计承载能力不能满足交通运输现状的要求、已经出现不同程度的病害，满足不 了使用要求，需要降低标准使用或者进行维修加固处理。 对于预应力混凝土连续梁桥，常见的主要病害表现有桥面破损、箱梁开裂、跨中下挠、结构刚度降低 等。导致桥梁梁体结构出现病害的原因是多方面的，旧的设计标准不满足新标准的荷载要求、施工中的施 工误差或施工质量问题、长期超负荷运营、收缩徐变等多种不利因素的组合，导致桥梁结构开裂、下挠， 开裂后的梁体刚度降低、预应力受损，而刚度降低、预应力损失、超载等又导致病害进一步加剧，各种不 良效应形成恶性循环。 可能超载是桥梁开裂、下挠的最主要原因之一，一次特殊超重车辆即可引发结构开裂，结构一旦开裂 即不可恢复，结构开裂处会发生应力重分布，导致局部应力过大，引起新的裂缝的产生，经常性的超载又 导致裂缝的不断扩展，众多裂缝的出现引起结构刚度的下降。一般早期表现为桥面破损、开始出现裂缝等， l 1 东南大学工程硕士学位论文 随后迅速恶化为腹板开裂、底板开裂，跨中卜挠等等，影响行车安全，桥梁结构安全性降低，需要进行维 修加固后才能重新使用，有的甚至恶化到了无法修复的程度，不得不拆除重建。 以下为国内近年来较为典型的几座预应力连续箱梁桥病害： 1 9 9 3 年建成通车的湖北钟祥汉江大桥( 6 5 m + 3 l o o m + 6 5 m ，连续梁) ，2 0 0 1 年检测发现梁体出现 较多裂缝，通过进一步检测，摸清了桥梁的病害状况：箱梁腹板开裂，中间三跨跨中底板横向贯穿开裂， 且仍在发展：两个次边跨下挠严重：混凝土劣化严重；箱梁接段质量较差，箱梁顶板开裂渗水；抽查的底 板纵向预应力管道未见压浆；预应力钢束有断丝、滑丝现象，部分钢筋锈蚀严重。2 0 0 4 年由于梁体裂缝继 续发展且下挠严重，最大挠度1 4 9 c m ，定为危桥；经技术、经济比较分析，为确保大桥使用安全一致认 为，主桥上部构造拆除重建。2 0 0 5 年对上部梁体结构进行了拆除重建。 1 9 9 3 年建成通车的河南三门峡黄河公路大桥，上部结构为( 1 0 5 m + 4 1 6 0 m - f 1 0 5 m ) 预应力混凝土连 续刚构，主梁为单箱单室箱型梁，箱梁底宽9 m ，顶宽1 7 5 m ，跨中梁高3 0 m ，墩顶梁高8 0 m ，采用三向 预应力体系，混凝土强度等级c 6 0 。2 0 0 2 年发现主梁各跨跨中区域普遍下挠，最大挠度1 5 c m ，且箱梁腹 板普遍出现规则的斜裂缝，加固前病害呈发展趋势。其主要原因是对高强度混凝土的收缩、徐变考虑不足， 且在施工中预拱度的设置存在偏差：加之运营期间的超载现象较为普遍。2 0 0 3 年对该桥进行了加固施工， 主要采用体外预应力索方案进行加固处理；同时对腹板斜裂缝区域进行了封闭处理及粘贴钢板加固i t l 1 9 9 4 年建成通车的大河铺大桥，上部结构为( 1 0 0 m + 1 5 0 m + l o o m ) 预应力混凝土变截面连续刚构， 桥面总宽9 m ，单箱单室，跨中梁高2 4 m ，墩项梁高6 0 m ，下部结构为钢筋混凝土矩形双柱墩，墩梁固结。 该桥在1 9 9 8 年7 月发现主跨跨中出现明显下挠，2 0 0 0 年进行了全面的检查和动、静载试验：主跨跨中下 挠2 5 6 c m ；箱梁两侧腹板出现大量的斜裂缝，最大裂缝宽度i m m ；静载试验检测的应力及挠度校验系数 大于1 0 5 ，桥梁总体承载能力下降：静载试验时腹板斜裂缝宽度增加，最大增量0 5 m m ；动载试验显示桥 梁整体刚度降低，结构品质下降。后采用体外预应力索方案进行加固，全桥设置1 2 束体外预应力索；同 时对对腹板斜裂缝区域进行粘贴碳纤维布或钢板进行维修加固。1 2 l 1 9 9 6 年建成通车的黄石长江大桥( 1 6 2 5 m + 3 2 4 5 m + 1 6 2 5 m ，连续刚构) ，2 0 0 2 年检测发现3 个m 5 m 主跨均有严重的下挠，北次边跨跨中下挠3 0 5 c m ，中跨跨中下挠2 1 2 c m ，南次边跨跨中下挠2 2 6 c m ；集体 开裂较严重：跨中段一定范围内腹板的斜向开裂、箱梁底板下表面的横向裂缝和腹板的竖向裂缝、墩项横 隔板的竖向和横向裂缝。产生病害的主要原因：施工阶段“主桥边跨现浇段结构主拉应力安全储备偏小， 局部出现裂缝。、。主桥纵向线型控制不够理想，主梁腹板局部尺寸控制不严”瞵1 ；主梁刚度降低：纵向 预应力有效性降低；顶板悬臂施工束有效性降低。2 0 0 3 年对该桥进行了封闭大修，主要采用体外预应力索 方案进行加固处理，对开裂进行了灌浆封闭及粘贴钢板或碳纤维布加固处理。1 4 l 1 9 9 7 年建成通车的广东虎门大桥辅航道桥( 1 5 0 m + 2 7 0 m + 1 5 0 m ，连续刚构) ，2 0 0 2 年检测中发现两边跨 和中跨腹板均出现不同程度开裂，且各跨均有较大下挠，其中左线2 7 0 m 中跨最大挠度2 2 2 c m ，右线2 7 0 m 中跨最大挠度2 0 7 c m 嘲 1 9 9 9 年建成通车的江阴长江大桥北引桥( 5 0 m + 7 5 m + 4 6 5 m ，连续梁) ，2 0 0 4 年检测发现梁体出现较多 贯穿性裂缝，且出现下挠及反拱问题，其中7 5 m 中跨下挠6 2 c m ，5 0 m 边跨起拱6 m m ，4 6 5 m 边跨起拱1 7 m 。 主要是施工缺陷“箱梁混凝土表面普遍存在蜂窝麻面，项板底部有较多孔洞未封闭，局部混凝土剥落，底 2 兰! 皇塑堕 板及齿板处有钢模板未拆除”。2 0 0 5 年对该连续梁进行了加【司处理，采取体外预应力索方案进行加固。嘲 1 9 9 9 年建成通车的山东博莱高速公路樵蛉前大桥，上部结构为( 7 5 m + 1 3 5 m + 1 3 5 m + 7 5 m ) 预应力混凝土 变截面连续刚构，采用钢筋混凝土双薄壁桥墩，对称挂篮悬臂施工。在完成2 号段后，发现多个2 号段腹 板开裂，裂缝方向大致与波纹管方向相同，裂缝宽度大部分在0 2 r a m 左右，最大裂缝宽度0 3 0 2 m m ，此时 3 号段纵向预应力筋张拉及孔道压浆均已完成，除0 号段竖向预应力筋外，其余横向及竖向预应力筋均未 张拉，模板已拆除但挂篮尚未前移。环境温度影响较小，温差不超过1 0 。c 。发生在2 号段腹板上的裂缝 同竖弯预应力筋的分布和张拉后混凝土的不利受力状态有关，所以该类裂缝主要属于受力裂缝。产生该类 裂缝的主要原因是预应力筋中的预应力过大，竖弯预应力筋过于集中，弯角过大等，从而造成锚固区及腹 板主拉应力过大，引起开裂及发展。h 1 1 3 国内桥梁加固技术现状 根据交通部2 0 0 7 年统计资料，目前，全国公路桥梁总座数已达2 8 4 万座，计1 0 6 5 万延米，但是， 大部分桥梁建成于2 0 世纪5 0 - 7 0 年代，已经运营数十年，再加上超载、超限车辆的日益增多，部分早期 投入使用的桥梁，大批桥梁的技术状况已不能满足行车安全的需要，不能适应现代化重交通量的需求，亟 需进行维修与加固 桥梁维修与加固技术已在世界公路交通范围内引起关注，2 0 0 1 年，交通部确定了十五期间基本消灭 国省干线公路上危桥的工作目标，目前，全国国、省干线公路上的危桥共有5 3 9 7 座，要达到十五危桥 改造的工作目标还有一定难度。为促进桥梁维修与加固技术的发展，保证维修与加固质量，提高现有桥梁 的使用年限，为完成十五危桥改造计划提供一些理论支持，交通部于2 0 0 0 年 - 2 0 0 5 年相继召开了六届 全国公路桥梁维修与加固技术研讨会，讨论桥梁维修与加同技术；2 0 0 8 年1 1 月，在江苏南京召开了全国 既有桥梁检测、评估及加固学术交流与技术研讨会 哈尔滨工业大学张树仁教授提出的“从被动加固到主动加固”桥梁维修加固理论，为理顺加固设计思 想奠定了基础。提高桥梁改造加固设计质量是确保加固工程质量的前提和基础。目前我国桥梁加固设计市 场的状况是有实力的大设计院无暇顾及，而技术力量较弱的小设计院又干不了。所以，桥梁加固设计主要 由科研单位和各类专业公司来承担。各类专业公司的技术水平差异很大，有些专业公司以销售加固材料为 主，业务单一，对桥梁加固设计不熟。 从技术角度分析，目前我国桥梁加固设计存在的主要问题是对桥梁加固设计的特殊性认识不足，加固 设计理念不清，加固设计思想不明确有些桥梁加固设计生搬硬套国内外其他行业一般结构的加固设计方 法；有些桥梁加固设计机械地套用新建桥梁的设计方法，忽略了桥梁带载加固分阶段受力特点和结构损伤 的影响；个别加固设计只作宏观定性分析，缺少科学的定量分析，设计带有很大的随意性。嘲 桥梁加固设计理念是进行桥梁加固设计的基本指导思想，是决定桥梁加固工程质量和工程造价的原则 性问题。解决这一问题，必须从加强桥梁加固设计特殊性的认识和加固作用机理分析人手，提高工程技术 人员和领导决策层的理论认识水平。有了理性认识才能认清事物的本质，清晰而明确地解决问题的思路是 科学决策的基础。 针对众多桥梁出现的各种不同程度的病害，交通部等各政府相关部门相继出台了一系列相关技术标 准，如1 9 8 8 年交通部公路旧桥承载能力鉴定办法( 试行) 、1 9 9 6 年 ( g b 5 0 3 6 7 2 0 0 6 ) 、2 0 0 8 年交通部颁布的公路桥梁加固设计规范( j t g tj 2 2 2 0 0 8 ) 及公 路桥梁加固施工技术规范 ( j t g tj 2 3 2 0 0 8 ) ，对桥梁维修加固施= 技术的研究和实施起到了巨大的指导 作用。 通过对构件的维修和加固，改善桥梁结构的性能，以恢复或者提高现有桥梁的承载力、延长正常使用 寿命目前主要采用的加固技术措施有裂缝修补法、粘贴碳纤维复合材料加同法、粘贴钢板加固法、增设 劲性骨架加固法、增设体外预应力加固法等。各维修加固技术措施简介如下： 1 3 1 裂缝修补 迄今为止，研究和开发裂缝修补技术所取得的成果表明，对因承载力不足而产生裂缝的结构、构件而 言，开裂只是其承载力下降的一种表面征兆和构造性的反应，而非导致承载力下降的实质性原因，故不可 能通过单纯的裂缝修补来恢复其承载力功能。基于这一共识，可以将修补裂缝的作用分为以下5 类： 1 ) 抵御诱发钢筋锈蚀的介质侵入，延长结构实际使用年数； 2 ) 通过对混凝土补强保持结构、构件的完整性； 3 ) 恢复结构的使用功能，提高其防水、防渗能力； 4 ) 消除裂缝对人们形成的心理压力； 5 ) 改善结构外观。 裂缝修补必须以结构可靠性鉴定结论为依据，通过现场调查、检测和分析，对裂缝起因、属性和类别 作出判断，并根据裂缝的发展程度、所处的位置与环境，对受检裂缝可能造成的危害作出鉴定。据此，才 能有针对性的选择适用的修补方法进行修补处理。 当遇到对裂缝的注胶防治有补强要求时应特别注意考察裂缝所处环境的潮湿程度，若湿度很大或者 无法确定混凝土内部湿度时，必须选用耐潮湿型的改性环氧类修补液，并在注胶完全固化后钻取芯样，通 过劈裂抗压试验检验修补效果 1 ) 表蕊封闭法利用混凝土表层微细独立裂缝( 裂缝宽度田4 0 2 哪) 或网状裂纹的毛细作用吸收低 藉度且具有良好渗透性的修补胶液，封闭裂缝通道。对楼板和其他需要防渗的部位，尚应在混凝土表面粘 贴纤维复合材料以增强封护作用。 2 ) 注射法以一定的压力将低黏度、高强度的裂缝修补胶液注入裂缝腔内，此方法适用于0 1 珊国 1 5 哪静止的独立裂缝、贯穿性裂缝以及蜂窝状局部缺陷的补强和封闭注射前，应按产品说明书的规 定，对裂缝周边进行密封 3 ) 压力注浆法在一定时间内，以较高压力将修补裂缝用的注浆料压入裂缝腔内。此方法适用于处理 大型结构贯穿性裂缝、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的裂缝。 4 ) 填充密封法在构件表面沿裂缝走向骑缝凿出槽深和槽宽分别不小于2 0 m m 和1 5 m 的u 形沟槽，然 后用改性环氧树脂或弹性填缝材料充填，并粘贴纤维复合材以封闭其表面。此法适用于处理缈t 0 5 m 的 活动裂缝和静止裂缝。填充完毕后，其表面应做防护层。 l - 3 2 增设体外预应力束 增设体外预应力束加固是指运用预应力原理，通过在被加同梁体结构混凝土体外设置张拉锚固块、转 4 第l 章概述 向定位装置、布设体外预应力束等，通过体外预应力束的张拉力，对梁体受拉区施加适当的压力，可以抵 消部分拉应力，起到卸荷作用，从而大幅度提高桥梁的承载能力。 对于原构件截面偏小或需要增加其使用荷载、原构件需要改善其使用性能、原构件处于高应力、应变 状态，且难以直接卸除其结构上的荷载等情况，采用体外预应力加固法进行加固处理。采用外加预应力方 法加固混凝土结构时，应根据被加固构件的受力性质、构造特点和现场条件，选择适用的预应力。 在加固时，主要考虑的问题有：施加预应力的方式方法；预应力损失的估计和减少预应力损失的措施； 预应力加固的计算等。 预应力损失是影响到预应力加固的适用范围和加闽后工作状态的重要问题。预应力损失由加固件本身 和承受加固件作用的结构两方面的变形而产生，主要的因素有：基础徐变和地基沉降；被加固构件收缩和 其他变形；加固件本身徐变；加固件节点和传力构造变形；温度应变。在预应力加固件适用过程中，由于 基础沉降、温度应变，新浇筑混凝土徐变等具体原因将产生较大预应力损失，为减少预应力损失以保证加 固效果，必须在加固过程中，预留构造措施，以便在使用过程中及时调整加固件的工作应力数值。 预应力加固法具有许多优点，如加固效果好、工作可靠，可以减少或限制结构的裂缝和其他变形：对 桥梁营运使用的影响较小，可以在不限制通行的条件下完成加固施工；在人力、物力和资金消耗方面也具 有明显的经济合理性。既可以作为桥梁通过重车的临时加固手段，又可以作为永久性提高桥梁荷载等级的 措施。 1 - 3 3 粘贴钢板 采用环氧树脂系列粘结齐珏，将一定厚度、一定尺寸的钢板粘贴在结构物的受拉区域或者薄弱部位，使 之与结构物形成整体，用以代替需要增设的补强钢筋。通过钢板与补强结构的共同作用，提高其刚度、提 高抗剪强度、限制裂缝开展，改善钢筋及混凝土的应力状态，从而提高结构的承载能力。 用粘贴钢板来加固预应力混凝土连续梁桥，具有不需要破坏被加固的结构物、几乎不增加原结构物的 尺寸、结构自重增加较少等较多优点，在国外已经得到广泛应用，国内也有不少成功的实例 当用来提高构件的抗弯能力时，应把钢板粘贴在梁体受拉翼缘的表面，使钢板与混凝土作为整体受力， 以钢板与混凝土接缝处混凝土局部剪切强度控制设计。用于粘贴的钢板尺寸应可能薄而宽，厚度一般为4 6 珊。薄钢板可以有足够的弹性适应构件的表面状况，合理的设计应控制在钢板发生屈服变形前，混凝土 不出现剪切破坏为避免钢板在自由端脱落，端部可以用加紧螺栓固定，或者在钢板上按照一定的距离用 螺栓固定，效果更有保证。 当粘贴钢板用以加固和增加梁体的抗剪强度时，钢板应粘贴在梁体的侧面，跨缝粘贴。用于粘贴的钢 板可以是块状的，也可以是带状的，也可以是带状的。带状钢板沿垂直于裂缝的方向粘贴、斜度一般为4 5 。6 0 。梁的上下端应设置水平锚固板，以提高端部的锚固强度。钢板厚度一般为1 0 - - 1 5 衄。 1 3 4 粘贴碳纤维布 碳纤维布( c f r p ) 是目前桥梁结构维修加固最常用的纤维复合材料之一，具有应力应变量完全线弹性、 不存在屈服点或塑性区等优异的力学性能，并具有高强、轻质、耐腐蚀、耐疲劳、现场施工方便等优点。 试验研究证实，碳纤维布能够提高混凝土结构的抗剪承载力，其作用机理与箍筋类似，同时还能有效改善 构件的变形性能，增强构件的抗变形能力 5 东南人学工程硕士学位论文 将抗拉性能优良的碳纤维布，用粘贴材料粘贴剑剑梁体底面或者箱梁内壁，使其与原结构一起参与受 力，提高桥梁结构的承载能力。 沿主拉应力方向，或者与裂缝正交方向粘贴碳纤维布，两端分别设置锚周端，据此可以约束混凝土表 面裂缝，防治裂缝再扩展，从而达到提高构件抗弯刚度，减少构件挠度，改善粱体受力状态的目的。 采用粘贴碳纤维布加固混凝土桥梁结构时，先将混凝土表面的劣化层( 如浮浆、风化层等) 用砂轮机 进行清除和打磨，并将基面的错台、凸出等部位打磨平顺，转角部位进行倒角处理。粘贴部位如有裂缝， 应先进行裂缝封闭处理后再进行碳纤维布粘贴加固。 基面处理完毕并清洗完毕，充分晾干后将按照规定比例配置好的底胶均匀涂刷至设计位置，待自然风 干( 指触干燥) 后进行碳纤维布粘贴施工。在待粘贴范围划出各层位置，根据设计尺寸裁剪碳纤维布，并 适当留有施工长度，如需接长，一般搭接长度不小于1 f e r n 。粘贴时应依设计位置由上而下，由左至右有序 粘贴，并以滚筒压挤贴片，使碳纤维布与浸渍树脂充分结合，同时以压板去除气泡。粘贴完成后，立即在 其表面再均匀涂抹一层浸渍树脂，待自然风干后，在表面涂抹罩面胶或者其他防护处理措施进行表面防护。 1 3 5 增设劲性骨架 在墩台基础安全性能良好并具有足够承载能力的情况下，可以采取增设劲性骨架( 纵梁) 的加固方案， 提高桥梁结构的刚度，达到提高承载力和抑制梁体下挠的目的。 在大跨度预应力混凝土连续梁桥维修加固中，由于混凝土梁体自身刚度较大，若要显著增强结构刚度、 提高其承载力，势必需要大量的纵梁构件，又增加了梁体自重。因此，增设劲性骨架加固常用于中小跨度 桥梁的维修加固中，在大跨度桥梁中很少单独使用，常结合其他各种加固手段，综合考虑使用。 增设劲性骨架加固法的关键在于劲性骨架钢基座安装，涉及到的主要技术为植筋技术及锚栓技术。 1 3 6 其他措施 对支座、伸缩缝及箱梁结构表面风化、钢筋锈蚀等问题维护、处理。对支座进行检查，并进行防腐处 理，同时对存在缺陷的支座进行修复；对箱梁结构表面的风化、剥落、露筋及破损进行修补；对于钢筋锈 蚀，采用阻锈剂涂刷或纤维补强等方法进行处理。 1 3 7 存在的闯题 在桥梁加固技术上、工程上都有很大发展，但同时也存在有一些亟待解决的问题。比如目前的研究及 加固设计规范、施工规范基本都是针对单一的加固方法的，但实际工程中，往往是同时采用几种方法的综 合加固方案，因而在设计方案、计算分析及设计、兹工上均应进行研究，两不是简单的叠加。 加固旄工的质量如何保证。目前有部分已经进行过维修的桥梁结构，在投入运营一段时间后，出现钢 板脱空、碳纤维布剥落、已灌浆封闭的裂缝重新开裂、跨中继续出现下挠等问题。在目前桥梁加固仍处于 摸索阶段的现状下，设计、施工、运营等各个环节都可能导致加固施工质量出现不确定性。需要通过不断 的摸索和研究，制订更严谨的方案，确保加固施工的质量。 1 4 研究的主要内容 本论文的研究工作基于某长江大桥南引桥1 6 号1 9 号墩( 6 5 4 2 5 + 1 2 6 + 6 5 4 2 5 ) m 三跨预应力混凝土 连续箱梁维修加固工程。该桥于1 9 9 5 年建成通车，该桥为市内主要过江通道之一，设计最大交通量为6 万辆日。建成后半年内即达到并超过设计最大日交通量，随后逐步增加，至2 0 0 5 年已达到1 4 万辆日。 6 第l 章概述 另外，由丁城市交通管制规定，白天限制货车通行，货车主要在晚上2 2 ：0 0 后集中过桥，超载情况严重。 2 0 0 5 年底，由于该联预应力混凝土连续箱梁出现桥面破损、腹板开裂、线形扭曲、跨中下挠等问题， 桥梁管理单位委托专业桥梁检测单位对该联预应力混凝土连续箱梁进行了检测评估工作，检测工作于2 0 0 5 年1 2 月3 0 日到2 0 0 6 年1 月8 日实施完成。 检测及试验结果表明，经过十年的超负荷运营使用，本桥累积损伤使得桥梁的刚度已经有了一定程度 的下降，部分区段梁体因截面开裂发生应力重分布，部分区段梁体可能进入塑性工作状态，不满足结构平 截面弹性体设计假定，部分已有裂缝尚在继续扩展。但结构变形协调能力尚较好，结构刚度仍基本满足设 计要求。建议加强对梁体下挠及裂缝的监测，并尽快对结构进行维修处理。 针对该联桥跨箱梁结构具体病害情况，维修加固设计方案采用综合加同法，以增设体外预应力索为主 要加固手段，同时采用粘贴碳纤维复合材料、粘贴钢板、增设劲性骨架加固等措施。本文根据以上维修加 固措施的具体实施过程，研究以增设体外索为主、同时采用其他几种加固措施的综合加固法施工技术在大 跨度预应力混凝土连续梁桥维修加固中的实际应用。 7 东南大学工程硕上学位论文 第2 章工程背景 2 1 工程概况 某市长江大桥南岸引桥区段1 6 号1 9 号墩的桥跨为跨径( 6 5 4 2 5 + 1 2 6 + 6 5 4 2 5 ) m 三跨预应力混凝土 连续箱梁，其下部结构采用钻孔灌注桩基础及重力式桥墩，上部结构截面为两幅分离的直腹式单箱单室箱 粱，按桥梁中心线左右对称布置，两箱上翼缘相邻间隙为2 c m 。 单幅箱梁项宽1 3 1 9 m ，底宽6 5 m ，箱梁在横桥向底板保持水平，顶板设2 的单向横坡，由腹板不等 高形成：箱梁中轴线处1 2 6 m 跨中梁高3 1 m ，1 7 号、1 8 号墩项支点处梁高7 o m ，两边跨梁高再渐变到3 i s ； 项板厚度2 0 , - 一3 5 c m ，底板厚度2 5 c m 7 5 c m ，梁下弦按照圆曲线设置，底板厚度的变化亦按照圆曲线设置； 腹板厚度3 6 6 0 c m 。 边跨端支点及1 2 6 m 跨中各设一道5 0 c n 横隔板，中支点1 7 号及1 8 号墩处各设一道1 2 0 c m 厚横隔板。 每个横隔板中部设1 个贯通的进人孔。 见图2 一l 。图2 一l a ) 为1 2 连续梁立面布置图，图2 - 1 b ) 为1 7 号、1 8 号中墩墩项断面图，图2 - 1 c ) 为中跨跨中及边跨直线段断面。 - ) 1 7 号l i t ( 1 8 号墩) l 6 8 6 46 4， 6 8 t 1 1 唾虱 ，一、 唾虱 i ，t 5 蓁 ，t 摹 图2 - 1 上部结构箱梁布置图( 尺寸单位：田) 箱梁采用纵、横向双向预应力体系。箱梁顶板、腹板和底板纵向束采用1 2 7 0 5 预应力钢绞线；顶板 横向柬采用2 4 m 5 预应力钢丝柬；1 7 号墩、1 8 号墩附近0 号 - - 3 号节段设置竖向预应力筋，采用冷拉级 0 1 2 5 竖向预应力粗钢筋。粱体混凝土强度为5 0 号混凝( 相当于新规范的c 镐级) 。 桥面铺装层为厚6 c m 的5 0 号防水混凝土。设计荷载：汽车一超2 0 级验算荷载为挂车一1 2 0 、特挂- 2 2 0 ， 人行道荷载3 5 k n 2 。 全部采用g p z 盆式橡胶支座，除1 8 号墩为固定支座外，其余均为活动支座。该桥于1 9 9 5 年竣工通车。 1 ) 旅工方法。 采用挂篮悬臂浇筑施工方法，除1 7 号、1 8 号墩顶两个0 号块( 均为2 2 m ) 在墩顶及支撑在墩身上的 临时托架上现浇外，其余块段均采用挂篮对称平衡悬臂浇筑形成，每个节段3 0 m 或4 0 m ；边跨直线现浇 梁段均在临时支架上浇筑；中跨合拢段2 0 m 。箱梁挂篮悬臂浇筑施工节段划分见图2 - 2 。 8 第2 章工程背景 1 7 号墩【1 8 号壤) 图2 - 2 箱梁挂篮悬臂浇筑施工节段划分( 尺寸单位：m ) 2 ) 运营情况 该桥于1 9 9 5 年竣工通车。原设计该桥最大交通量为6 万量日，但竣工通车不久就超饱和运营，达到 了8 万量日；2 0 0 5 年初，由于附近其他桥梁封闭维修改造，许多过江车辆必须改道至该桥，使得该桥交 通流量有较大增加，本已超负荷运营的该桥又不得不承受重荷，至2 0 0 5 年底，约1 4 万量日。另外，由 于城市交通管制方面的原因，该桥白天限制货车通行，货车主要在晚上2 2 ：0 0 后集中过桥，超载情况严 重。 3 ) 其他情况。 2 0 0 3 年夏，对全桥桥面进行翻修及黑色化改造，引桥1 6 号 - 1 9 号连续梁亦在桥面改造范围内，将原 有的6 c m 水泥混凝土铺装层全部铲除，重新铺筑4 5 c m 厚c 5 0 细石钢纤维混凝土和4 c m 厚s i | a - 1 3 改性沥 青混凝土。 2 0 0 5 年底，对引桥1 6 号 - - 1 9 号墩跨连续梁进行检测评估工作，检测工作于2 0 0 5 年1 2 月3 0 日到2 0 0 6 年1 月8 日完成。2 0 0 6 年1 月，根据检测结果，鉴于部分梁段裂缝情况较严重，为进一步了解病害桥梁主 体结构的实际受力状况和实际承载能力，更科学地评价现状结构的使用阶段应力、变形状况，同时也为结 构评估及下一步维修设计提供可靠依据，对该联结构进行了动载试验。 2 2 箱梁病害及成因 2 乏l 箱粱病害情况 l 箱粱外表面缺陷 ( 1 ) 箱粱节段存在错台、跑模，以及部分模板未拆除； ( 2 ) 箱梁局部混凝土保护层偏小，混凝土表面可见钢筋锈蚀引起的黄斑及部分锈蚀钢筋； ( 3 ) 部分节段箱梁存在蜂窝、钢筋锈蚀和露筋； ( 4 ) 硬板有漏水现象 2 ) 箱梁内部裂缝 ( 1 ) 中跨l 4 - - 一3 l 4 约5 0 m 范围内箱梁腹板裂缝较多，均为斜向裂缝，裂缝间距0 1 5 m 0 3 m ，缝 宽多在0 2 m 以上，最大的达到2 2 m m ，且外侧腹板裂缝数量略多于内侧腹板； ( 2 ) 在边跨l 4 一i 2 约2 0 m 范围内箱梁腹板裂缝较多。但斜裂缝的缝宽及数量均比中跨箱粱少。 现场检测查到，左幅箱梁内部的裂缝共有7 9 3 条，其中裂缝宽度大于0 2