【基于路桥施工中体外索加固实例分析】人和立交桥跨越机场路桥的加固方式

【基于路桥施工中体外索加固实例分析】人和立交桥跨越机场路桥的加固方式 摘 要：桥梁加固是一种借加大或修复桥梁构件来提高局部或整体桥梁承载能力或通车能力的。本文结合工程实例，对路桥施工中体外索加固实际情况进行分析研究，以供借鉴。 关键词：路桥施工；体外索加固；实例分析 所谓的加固方案是以实际情况为依据，以现行规范为标准，对现有结构进行补强设计，使现有结构在补强后能满足设计的要求或满足规范和正常安全运营的要求。体外预应力加固方法的实质是以粗钢筋、钢绞线或高强型钢等钢材为施力工具，对桥梁上部结构施加体外预应力，以其产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，从而达到改善旧桥使用其性能并提高其极限承载力的目的，目前对桥梁承载能力不足的加固方法有多种，体外索加固法是在使用过程中，具有加固、卸载及减小结构内力的作用，值得推广应用。 1 体外索加固桥梁设计方法 引论 为了满足加固后旧桥承载力的需要，体外索一般采用折线形，同时满足梁正截面抗弯强度和抗剪强度的要求。体外索材料一般由无粘结钢绞线、粗钢筋与槽钢组合而成。体外索布置（如图1）所示。体外索加固桥梁受弯构件时，可按偏心构件验算梁的承载力；按无粘结部分预应力混凝土结构，认为截面受弯破坏时，梁内的非预应力钢筋达到屈服，而预应力钢筋达不到极限强度，验算使用阶段的应力及结构的变形；按加劲梁组合结构分别对其受力和使用性能进行分析。在正使用极限状态的各项指标计算时，按整体变形协调条件计算在外载作用下预应力筋的应力增量。 图1 体外索布置图（单位：cm） 2 桥梁加固设计实例 某大桥为标准的三跨简支桥梁，边跨距为13m的钢筋混凝土T型梁桥，原设计荷载为汽-16级、拖-60。由于船体的撞击，下缘混凝土破损，部分混凝土脱落，已出现纵向贯通裂缝，主钢筋已严重锈蚀。加固时，首先凿除松散混凝土，用钢丝刷清锈处理，采用挂模浇筑C40混凝土修补完整，然后施加体外预应力加固，加固后桥梁承载能力要求提高到汽-20级。T型主梁翼缘宽178cm，翼缘厚12cm，梁肋宽18cm，受拉级，钢筋面积为44.27c，采用C25混凝土，体外索布置如图1所示，支点距转向块为180cm，转向块的间距为840cm，端锚固点距转向块为180cm，中心轴距梁上边缘为19.1cm，中心轴距梁下边缘为60.9cm，10cm为端锚固点至中心轴距离，56cm为转向块至中心轴距离。每T型梁配置4根无粘结预应力钢绞线，共16根。为了使每片梁受力均匀，采用两端分2次张拉，固定端与张拉端交叉布置。预应力钢绞线的张拉控制应力为855MPa，有效预应力为622.5MPa。加固后桥梁，采用前轴为55kn、后轴为155kn，两辆载重汽车进行现场荷载试验。对主梁跨中挠度钢筋和混凝土的应力进行分析，并确认其加固效果。部分实测结果见表1-表2。 由表1数据表明主梁跨中挠度为5.43mm，满足桥梁规范要求静活载挠度不超过（1/600）L的要求，校验系数满足0.6-0.9旧桥鉴定的要求。结构具有足够的抗弯刚度，达到汽-15荷载标准作用的使用要求。 表中，L为汽车荷载产生的应力；P为预应力产生的应力；为总应力。由表的数据表明：施加预应力，使主梁的上边缘混凝土产生拉应力和下边缘混凝土产生压应力，则上边缘混凝土总压应力值与下边缘混凝土总拉应力值都减小。钢筋的校验系数满足0.4-0.8旧桥鉴定的要求。采用体外预应力加固后，从加固前汽-10级荷载提高到加固后汽-15级荷载标准，加固效果是非常显著。 荷载试验表明：在汽-15荷载标准作用下，加固后桥梁的抗弯承载能力系数为1.51，达到加固要求，该加固方法是可行的。 3 施工过程 3.1 钻孔与碳纤维粘贴 在T型梁的腹板钻孔洞时，避开梁中受力钢筋.洞口周围粘贴了30cm30cm碳纤维，以增强混凝土的局部抗压能力。 3.2 穿索与预应力张拉 首先对每根无粘结钢绞线贴上编号标签，逐根将钢绞线穿入钢栓孔洞中，并调整至最佳位置然后安装锚杯和夹片外螺母，将千斤顶和张拉配件安装就位最后进行预应力张拉。 张拉程序：010%con（读初始伸长值并作张拉程序：010%（测量伸长值l1作记录）con（测量伸长值l3并作记录）卸荷至零。采用一端张拉法对钢绞线在梁两侧各一根进行对称张拉。张拉时，采用张拉力和预应力筋伸长量双重控制。张拉过程中，跟踪观测每片主梁的跨中挠度和裂缝闭合情况。 量取千斤顶活塞的伸长量l1张拉达20%con时再量取千斤顶活塞的伸长量l2，二者之差为钢索的实际推算伸长量。张拉应力达100%con，再量取千斤顶活塞的伸长量l3，l3与l1之差为钢索的际张拉伸长量。实际张拉伸长量与实际推算伸长量之差，与理论伸长相比误差不超过+10%，-5%。 预应力张拉的理论伸长量计算按规范要求进行，采用平均张拉应力法即： 式中，Fp为平均张拉力；L，Ap，Ep分别为预应力钢绞线计算长度、面积和弹性模量单根钢绞线的张拉力分别为120kN（2片中梁）、100kN（2片边梁）；初应力取张拉力的10%，即分别为12kN，10kN。由表的数据可以看出，张拉时，跨中向上挠度实测值与理论计算值吻合较好，说明理论计算的正确和施工质量的可靠。 4 施工总结 4.1 防松套 本加固工程体外预应力索锚固体系中采用的是单孔夹片式锚具，设计控制索力为100kn，120kn，属于较小的张拉吨位。由于桥梁长期承受较大振动荷载，疲劳作用会引起锚具中的夹片放松，甚至导致锚具失锚。为防止此类事故发生，本工程采用了夹片防松装置防松套。同时，在防松套与锚具夹片之间放置弹簧垫圈，使防松套对三夹片均匀施力，并起减振作用。 4.2 钢销栓和转向块 钢销栓和转向块是本次加固工程中的最关键构件之一，转向块设计与施工必须符合以下要求： （1）满足张锚体系锚固及传力的功能要求。转向块由钢板焊接而成，保证有效传递预应力。 （2）结构混凝土局部承压承载能力。对体外索实施预应力张拉后，在索力作用下，销栓对混凝土孔壁具有拉索方向的挤压力，销栓的尺寸要与混凝土洞口尺寸、混凝土强度等级相符合，以满足混凝土的局部承压要求。 （3）锚下栓体钢材的局部承压承载能力。在索力作用下，锚具的锚环将对钢栓产生挤压力，应在锚下栓体表面加工合理的平面，此平面既要保证锚具稳定受力，又要保证与体外索垂直。 （4）销栓应有足够的抗弯、抗剪承载能力和抗变形能力。其剪切变形和弯曲变形尽量小，确保锚环安装牢固后能够与预应力索的索力方向相协调。 4.3 张锚体系的保护 选用无粘结钢绞线作为体外预应力索，外裹油脂和塑料护套可起到保护预应力索的作用，具有一定的耐久性.张锚体系两端的锚具和防松套采用玻璃丝布缠包油脂的方法加以保护。 5 结 语 （1）综上所述，体外索加固法是在使用过程中，具有加固、卸载及减小结构内力的作用，值得推广应用。 （2）体外预应力加固法，加固后能达到荷载标