高架桥加固计算书

1、锡澄高速公路江阴高架桥预应力混凝土连续箱梁 延陵路西幅桥加固验算报告预应力混凝土连续箱梁桥加固验算1 桥梁建设与维修加固情况按6车道高速公路设计，桥面布置0.5m（外护栏）+14.75m（行车道）+1.0m（内护栏）+1.0m（中央分隔带）+1.0m（内护栏）+14.75m（行车道）+0.5m（外护栏）=33m，双幅单向分离式桥梁。跨径布置31.5+40+28.5=100m，主梁为单箱双室箱预应力混凝土连续箱梁桥，梁高1.83m，顶宽16.25m，底宽8.45m，顶板厚25cm，底板厚20cm，腹板厚40cm。该桥施工图设计于1996年12月完成，1997年1月开工，1998年5月竣工，199

2、9年9月正式通车，2001年1月竣工验收。2003年5月发预应力混凝土连续箱梁梁底分别出现不同程度的裂缝，且裂缝数量不断增加，裂缝宽度不断加大。2005年7月对其进行了第一次维修加固。但经过约一年的运营观测，发现边跨底板出现横向裂缝。2006年7月，进行了第二次维修加固。两次加固采取的加固措施分述如下：1.1 第一次维修加固方案1) 凿除中墩中心线两侧各3m范围内的桥面铺装层，在中跨箱梁墩顶粘贴钢板。规格为，每墩各46题条，共92条。2) 在中墩两侧箱梁各开两个1m1m的检查孔。3) 对箱梁裂缝病害作压力灌浆或表面封闭处理。4) 在边跨箱梁底板底面粘贴二层碳纤维片。5) 对墩顶腹板斜裂缝区域进

3、行裂缝封闭处理并粘贴腹板补强钢板，在中跨墩顶区域中腹板两侧粘贴斜向钢板。规格为，每侧各5条，共20条。6) 浇注体外预应力钢束锚固段混凝土。7) 在中跨张拉体外预应力钢束。采用平行于中跨箱梁底板的直线束，利用墩顶横隔板作为钢束锚固台座，将体外束锚固于墩顶横隔板上，锚固中心距箱梁底板底面50cm。共设置8 束15j15.24预应力钢绞线，钢铰线采用带pe套管的无粘结钢铰线，强度为1860mpa，张拉控制应力为1209mpa。锚具采用ym15-15系列，两端张拉。8) 体外预应力钢束锚固段内孔道压浆，封锚。9) 在中跨箱梁底板底面粘贴一层c-30碳纤维片。尺寸为。10) 在中跨箱梁底板顶面粘贴钢板

4、。规格为，每室各8条，共16条。1.2 第二次维修加固方案1) 在边跨箱梁底板粘贴钢板，检查孔局部粘贴钢板。规格为的20条（底板底面）；规格为的4条（底板底面）；规格为的24条（底板顶面）；规格为的16条（横向）。2) 边跨腹板粘贴钢板。腹板内侧钢板规格为，沿腹板高度布置3条，共24条；腹板外侧钢板规格为，沿腹板高度布置3条，共12条。3) 中跨检查孔局部粘贴钢板。规格为，一个检查孔横向2条，纵向2条，共16条。2 计算参数本计算书采用公路桥梁设计系统gqjs建模分析计算，所需计算参数如下：2.1 荷载参数1) 二期恒载：桥面原设计为8cm沥青混凝土铺装，实测为10cm沥青混凝土铺装，容重按计

5、；桥梁内外护栏以12.5kn/m计。总二期恒载每延米重=2) 计算活载：公路i级，按3车道验算时横向分布系数=3（车道数）0.78（横向折减系数）偏心增大系数，用交通部公路科学研究所开发的桥梁结构检测分析系统qljc2.0的空间实体模型分析分析荷载偏心增大影响系数结果详见表1。按加固后结构计算本桥第一振型频率3.142hz，第二振型频率5.133hz，由此计算出冲击系数1（正弯矩区）：0.187，冲击系数2（正弯矩区）：0.273。表1 偏载增大系数截面位置截面位置x偏心增大系数a（边跨l/8）41.615b（边跨l/2）161.252c（边跨7l/8）281.310d（中跨l/8）36.51

6、.320e（中跨l/2）51.51.177f（中跨7l/8）66.51.369g（边跨l/8）751.251h（边跨l/2）861.249i（边跨7l/8）961.6403) 混凝土收缩徐变：相对湿度75，混凝土构件理论厚度、收缩徐变系数由程序自动计算。4) 温度：箱梁竖向日照温差按100mm沥青混凝土铺装层考虑，由jtg d602004表4.3.10-3得：，箱梁竖向日照反温差为正温差乘以-0.5，整体升降温按考虑。支座摩阻系数0.05。5) 支座不均匀沉降：0.8cm，位于右侧中支点处。2.2 计算阶段阶段1 ： 支架现浇砼，开工时间1998年1月，1天阶段2 ： 预应力束n1张拉，2天阶

7、段3 ： 预应力束n1压浆，预应力束n2张拉，3天阶段4 ： 预应力束n2压浆，预应力束n3张拉，4天阶段5 ： 预应力束n3压浆，预应力束n4张拉，5天阶段6 ： 预应力束n4压浆，6天阶段7 ： 卸支架，10天阶段8 ： 桥面系施工(二期恒载)，竣工时间1998年4月，100天阶段9 ： 混凝土收缩徐变，300天（不输出）阶段10 ： 混凝土收缩徐变，1999年9月正式通车，600天（不输出）阶段11 ： 混凝土收缩徐变，960天（不输出）阶段12 ： 混凝土收缩徐变，1320天（不输出）阶段13 ： 混凝土收缩徐变，1680天，（荷载组合验算设计荷载）阶段14 ： 混凝土收缩徐变，200

8、3年5月发现裂缝，1830天阶段15 ： 混凝土收缩徐变，2190天（不输出）阶段16 ： 混凝土收缩徐变，2550天（不输出）阶段17 ： 凿除中墩中心线两侧各3m范围内的桥面铺装层，2005年5月第一次加固开始，2910天阶段18 ： 中跨箱梁顶面墩中心线两侧各3m范围内粘贴钢板，2920天阶段19 ： 在中墩两侧箱梁各开两个1m1m的检查孔，2930天阶段20 ： 重铺凿除的桥面铺装层，边跨箱梁底板粘贴二层碳纤维片，2940天阶段21 ： 墩顶中跨箱梁腹板斜裂缝区域粘贴腹板补强钢板，2950天阶段22 ： 浇注体外预应力钢束锚固段混凝土，2960天阶段23 ： 张拉体外预应力钢束，297

9、0天阶段24 ： 体外预应力钢束锚固段内孔道压浆，封锚，2980天阶段25 ： 中跨箱梁底板粘贴一层碳纤维片，2990天阶段26 ： 中跨箱梁底板顶面粘贴钢板，2005年7月第一次加固结束，3000天，（荷载组合验算设计荷载）阶段27 ： 边跨箱梁底板粘贴钢板，边跨腹板粘贴钢板，检查孔局部粘贴钢板，2006年7月第二次加固结束，3360天阶段28 ： 混凝土收缩徐变，3720天（不输出）阶段29 ： 混凝土收缩徐变，4080天（不输出）阶段30 ： 混凝土收缩徐变，4440天（不输出）阶段31 ： 混凝土收缩徐变，4800天（不输出）阶段32 ： 混凝土收缩徐变，5160天（不输出）阶段33

10、： 混凝土收缩徐变，5520天（不输出）阶段34 ： 混凝土收缩徐变，5880天阶段35 ： 荷载组合验算设计荷载，6240天2.3 材料参数2.3.1 主结构材料本计算书主结构材料按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 jtg d622004取值。1) 混凝土材料：原设计为85规范50号混凝土，实际检测结果：按回弹法检测混凝土强度抗压强度技术规范（江苏省地方标准db32/p(jg) 002-92），计算得跨延陵路桥西幅混凝土强度推定值能达到04规范c45级。弹性模量，容重设计强度：轴心抗压，轴心抗拉标准强度：轴心抗压，轴心抗拉2) 预应力钢材：采用jtg d62规范19s15.2预应力钢

11、绞线弹性模量，容重钢束面积标准强度，设计强度张拉控制应力1395mpa，3) 预应力管道金属波纹管，。孔道摩擦系数0.25，偏差系数k0.0015；孔道面积。4) 预应力钢绞线张拉系数1.0（一次张拉），松弛系数0.3（低松弛）。5) ym锚具一端回缩量6mm，两端张拉。2.3.2 维修加固材料本计算书维修加固材料按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 jtg d622004和混凝土结构加固设计规范gb50367-2006取值。1) 预应力钢材：采用jtg d622004钢铰线d=15.2类公称直径：15.24mm，弹性模量：，容重，标准强度：,设计强度。钢束面积：，张拉控制应力：1209

12、mpa。锚具采用ym15-15系列，两端张拉。2) 钢板：采用符合国家标准钢结构设计规范gb500172003的q235钢材，容重。弹性模量：206000mpa，抗拉设计强度：215mpa，3) 碳纤维布：按gb50367-2006表9.1.6-1中ii级重要构件碳纤维布设计参数。厚度：0.167mm，单位面积质量：300g/m2，抗拉标准强度：3000mpa，弹性模量：200000mpa。抗拉设计强度：1400mpa。多层粘贴时面积应折减0.9。2.4 几何参数本桥计算跨径为：31.5+40+28.5=100m，计算时将原结构离散为123个桥面系单元，用8个非桥面系单元模拟中墩两侧挖孔，用1

13、2个非桥面系单元模拟中墩两侧体外预应力锚固区底板加厚段，用1个拉索单元模拟中跨体外预应力锚固区之间的体外预应力索，体外预应力索两端锚固段内的部分用预应力钢筋模拟，外贴碳纤维和钢板用普通钢筋模拟。由输入数据形成的单元断面图、箱梁局部透视图、结构离散图、预应力及加固布置图详见图1 4。按jtg d62规范第4.2.3条规定计算桥面系箱形截面上下缘有效宽度，主要截面效宽度计算结果见表2。表2 桥面系箱形截面上下缘有效宽度单元i端上缘i端下缘j端上缘j端上缘113.6548.4513.4018.45213.4018.4513.6548.45312.2397.29813.4357.932413.4357

14、.93214.288.156514.288.15614.7868.156614.7868.15614.7868.1563114.7868.15614.5338.1563214.5338.15614.4328.1563314.4328.15613.7948.1223413.7948.12213.1367.7733513.1367.77312.5387.4573613.7818.4513.4018.453713.4018.4514.2788.453813.6168.0513.7558.0733913.7558.07313.9218.1024013.9218.10214.0878.134114.08

15、78.1314.2538.1584214.2538.15814.4198.1864314.4198.18614.5858.2154414.5858.21514.7528.2434514.7528.24314.8628.2624614.8628.26215.3058.3374715.3058.33714.6938.1274814.6938.12714.6938.1278014.6938.12715.3058.3378115.3058.33714.8628.2628214.8628.26214.7528.2438314.7528.24314.5858.2158414.5858.21514.4198

16、.1868514.4198.18614.2538.1588614.2538.15814.0878.138714.0878.1313.9218.1028813.9218.10213.7558.0738913.7558.07313.6168.059014.2788.4513.9798.45图1 结构离散图图2 断面尺寸图3 箱梁局部透视图图4 预应力及加固布置图 交通部公路科学研究所10预应力混凝土连续箱梁加固验算报告3 计算结果3.1 第二次加固结束时荷载组合验算结果3.1.1 抗弯承载能力极限状态验算全桥抗弯承载能力极限状态计算结果包络图详见图5。从图5中可看出，箱梁局部区域最大抗弯极限承载能

17、力不满足规范要求，如图5红圈所示。图5 抗弯承载能力极限状态计算结果包络图3.1.2 正常使用极限状态截面抗裂验算按预应力混凝土a类构件验算，短期效应组合，截面最小正应力-2.11mpa，见图6，最小主拉应力-2.11mpa，见图7。长期效应组合，截面最小正应力-1.98mpa，见图8，最小主拉应力-1.98mpa，见图9。jtg d62桥规6.3.1规定：a类构件拉应力，在作用短期效应组合下，在长期效应组合下。该结构，因此，正应力不满足规范对a类构件的要求，要考虑按b类构件验算，详见下节。jtg d62桥规6.3.1规定：a类和b类预应力混凝土构件主拉应力，在短期效应组合下，。该结构，因此，

18、主拉应力不满足规范要求。图6 短期效应组合截面最小正应力计算结果包络图图7 短期效应组合截面最小主拉应力计算结果包络图图8 长期效应组合截面最小正应力计算结果包络图图9 长期效应组合截面最小主拉应力计算结果包络图3.1.3 持久状态截面正应力验算jtg d62规范7.1.5规定，持久状况允许开裂的b类预应力混凝土受弯构件的应力应符合下列规定：受压区混凝土最大压应力：钢绞线最大拉应力：持久状态截面上下缘最大最小应力计算结果包络图详见图10和图11。计算结果表明，最大压应力值为：12.42mpa14.8mpa符合jtg d62规范要求，边跨中墩附近出现了部分拉应力，最大值为：-2.62mpa，由于

19、该截面加固了钢板和碳纤维可以按b类预应力混凝土受弯构件验算，取拉应力最大的96单元左端验算开裂截面应力，按jtg d62规范7.1.4规定计算结果如图12所示，受压区混凝土最大压应力10.4mpa14.8mpa符合jtg d62规范要求。预应力钢绞线最大拉应力值为1237.14mpa，略大于允许值1209mpa，但在允许误差范围内，其余区段均小于1209mpa，满足规范要求。图10 正常使用极限状态截面上下缘最小应力计算结果包络图图11 正常使用极限状态截面上下缘最大应力计算结果包络图图12 96单元左端验算开裂截面应力应力计算结果3.2 第一次加固结束时荷载组合验算结果3.2.1 抗弯承载能

20、力极限状态验算全桥抗弯承载能力极限状态计算结果包络图详见图13。从图13中可看出，箱梁局部区域最大抗弯极限承载能力不满足规范要求，如图13红圈所示。图13 抗弯承载能力极限状态计算结果包络图3.2.2 正常使用极限状态截面抗裂验算按预应力混凝土a类构件验算，短期效应组合，截面最小正应力-2.27mpa，见图14，最小主拉应力-2.27mpa，见图15。长期效应组合，截面最小正应力-2.13mpa，见图16，最小主拉应力-2.13mpa，见图17。jtg d62桥规6.3.1规定：a类构件拉应力，在作用短期效应组合下，在长期效应组合下。该结构，因此，正应力不满足规范对a类构件的要求，要考虑按b类

21、构件验算，详见下节。jtg d62桥规6.3.1规定：a类和b类预应力混凝土构件主拉应力，在短期效应组合下，。该结构，因此，主拉应力不满足规范要求。图14 短期效应组合截面最小正应力计算结果包络图图15 短期效应组合截面最小主拉应力计算结果包络图图16 长期效应组合截面最小正应力计算结果包络图图17 长期效应组合截面最小主拉应力计算结果包络图3.2.3 持久状况截面正应力验算jtg d62规范7.1.5规定，持久状况允许开裂的b类预应力混凝土受弯构件的应力应符合下列规定：受压区混凝土最大压应力： 钢绞线最大拉应力：持久状况上下缘最大、最小正应力计算结果包络图详见图18、19。计算结果表明，最大

22、压应力值为：12.29mpa14.8mpa不符合jtg d62规范要求。预应力钢绞线最大拉应力值为1237.14mpa，略大于允许值1209mpa，但在允许误差范围内，其余区段均小于1209mpa，满足规范要求。图18 持久状况截面上下缘最大应力计算结果包络图图19 持久状况截面上下缘最小应力计算结果包络图图20 96单元左端验算开裂截面应力计算结果3.3 加固前荷载组合验算结果3.3.1 抗弯承载能力极限状态验算全桥抗弯承载能力极限状态计算结果包络图详见图21。从图21中可看出，箱梁局部区域最大抗弯极限承载能力不满足规范要求，如图21红圈所示。图21 抗弯承载能力极限状态计算结果包络图3.3.2 正常使用极限状态截面抗裂验算加固前的结构按全预应力混凝土构件验算，短期效应组合，截面最小正应力-2.08mpa，见图22，最小主拉应力-2.08mpa，见图23。jtg d62桥规6.3.1规定：全预应力构件截面上下缘拉应力，在作用短期效应组合下。该结构，因此，正应力不满足规范对全预应力构件的要求。jtg d62桥规6.3.1规定：全预应力构件主拉应力，在短期效应组合下，应满足。该结构，因此，主拉应力不满足规范对全预应力构件的要求。图22 短期效应组合截面上下缘最小应力计算结果包络图图23 短期