大刘坡桥体外预应力的加固方案设计

1、大刘坡桥体外预应力的加 固方案设计摘要：大刘坡桥位于天津宝坻县境内九园公路的潮白河上。桥全长790.3790.3米，桥面宽度9 9米（即1+7+11+7+1 ），上部结 构为5656孔、5 5片跨径14.114.1米的普通钢筋混凝土 T T型简支梁 桥，横桥向有3 3道横隔板。桥面铺装为钢筋混凝土（7.57.511117.57.5 厘米）和3 3厘米沥青混凝土面层。每8 8孔为一道伸缩缝，其间为桥面连续铺装。关键词：体外预应力加固T T梁桥大刘坡桥位于天 津宝坻县境内九园公路的潮白河上。桥全长790.3790.3米，桥面宽度9 9米（即1+7+11+7+1 ），上部结构为5656孔、5 5片跨

2、径14.114.1 米的普通钢筋混凝土 T T型简支梁桥，横桥向有 3 3道横隔板。 桥面铺装为钢筋混凝土（ 7.57.511117.57.5厘米）和3 3厘米沥青混凝土面层。每 8 8孔为一道伸缩缝，其间为桥面连续铺装。旧T T型梁外形（如图1 1 ）。旧梁设计荷载等级： 汽-13-13、拖-60-60下部结构墩柱及盖梁是在原桥位上游侧9595年重新设计建造的，为单排双桩（柱）式，荷载等级：汽-20-20、挂-100-100受公路 发展 公司委托，我院于4 4月12121313日对该桥进行了 检查。由于原有公路的技术标准低（汽 -13-13、拖-60-60 ）,通行能 力差，加之 目前 交通

3、 量的增加和汽车载重的增加，上述 旧桥是不能满足承载力要求的。受资金和材料资源及断交时 间的限制，也不可能全部拆除并新建，只能考虑投资较少， 工期时间短且能增加承载力的各种桥梁加固技术予以改造。 这其中采用体外预应力钢筋加工技术，确为一种简单易行且 能与新建下部结构荷载（汽-20-20、挂-100-100）看齐的有效 方法 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 等钢材做为施力工具，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，本桥只涉及粗 钢筋的体外预应力加固提高荷载方案。一、体外预应力构造：主要

4、由四个部分组成 1 1、水平筋与斜筋：由高强螺纹粗钢筋 组成，构造见图2 2,其作用是施加预应力提高梁的承载能力。2 2、梁端锚固：先将梁端部分混凝土桥面板凿掉，将梁端顶面 上角凿成与斜筋倾斜方向相垂直的斜面（需剪断局部架立钢 筋和箍筋），在端横隔板上开凿与斜筋方向相同的斜孔，然后，将用角钢或槽钢制作的支承垫座用环氧砂浆固定在已凿好的 梁端斜面上。斜筋穿过横隔梁和支承垫座的斜孔，用千斤顶 进行张拉并用螺母锚固在支承垫座上，最后用混凝土将锚头封闭，见图3 3。3 3、水平滑块：由联接斜筋和水平筋的活动滑块支承座和固定在梁底的支承钢垫组成，其构造见图4 4，其主要功能是通过滑块的水平滑动，以调整斜

5、筋与水平筋之间 的内力分配比例，并使表面受力趋于均匀。二、体外预应力 提高荷载等级计算：已知的设计参数如下：1 1. T T梁混凝土设计标号25Mpa25Mpa。水平筋极限应力计算时，取，截面强度计算时取混凝土抗压设计强度，取混凝土极限压应变2.2.原T T梁配筋参数：其 T T梁截面配筋见图5 5跨中截面：，支点截面：,. .原梁斜截面内受拉纵向钢筋的配筋率 ：3.3.体外索配筋参数：经加固设计分析，体外索水平筋取为，斜筋取为，均为冷拉川级钢（单控）。两垫板中心之间的水平距离：，上锚固点至垫板中心的水平距离： ，体外预应力筋至T T梁底距离体外预应力损失：1 1）预应力钢筋与水平滑块之间的摩

6、擦：因是水平张拉 2 2）具变形引起的预应力损失：，因是水平张拉，故，查规范按计,3,3）温差引起的损失：。、分别为预应力钢筋与混凝土的线膨胀系数， t:t:为年最高温度与施工时的温度差；15&15& #176;#176;故：4 4）分批张拉引起的混凝土弹性压缩损失：因单片梁两根水平钢筋同时张拉，使单片梁间的 。5 5）钢筋松弛引起的损失：一次张拉6 6）混凝土收缩与徐变引起的应力损失因旧桥混凝土 的收缩与徐变在长期使用过程中已基本完成。体外筋加固体 系并不会使桥梁恒载增加许多，且使原梁受压区的应力明显减少。因此，即可近似取混凝土收缩、徐变损失。于是，体外筋加固中预应力钢筋总的应力损失为：预应

7、力水平筋重心到截面上边缘的距离无粘结预应力筋的有效预应力，滑块与梁底之间的摩擦系数(属于滑动摩擦)，反映斜筋与水平筋拉力之比的系数，体外斜筋中的有效预应力 1 1、计算体外钢筋的极限应力：由于水平筋和斜筋在 材料及其截面面积方面的差别，其有效预应力是不同的，亦 即两者的应变量也不同。若以水平筋的应变为准，将斜筋的 应变状态换算为水平筋的应变状态，并在此情况下求出体外 筋的总长度，即为体外筋的换算长度。式中分别为体外预应力水平筋和斜筋中由有效预应力产生的应变。，则 。令： 。梁跨中破坏截面的刚度与极限状态下梁体各截面平 均刚度的比值，体外预应力钢筋换算长度与梁的计算跨径之，与支承条件有关的挠度系

8、数对于按均布荷载考虑的简支梁由弹性变形理论可求出，体外水平筋配筋率，原梁受拉钢筋配筋率，原梁受压钢筋配筋率参照现行公路桥规(JTJ023JTJ023 - 8585 )中对钢筋混凝土和预应力 混凝土受弯构件的强度计算方法，按矩形截面试算：体外水 平筋的极限应力,R R a a b b i i x = = c A A y y +A+A g g R R g g - -A A g g R R g g 则，令水平筋极限高度系数E y y为梁发生截面破坏时实际受压区高度x s s与体外水平筋重心到梁顶面的距离之比，即,再将代入上式，可得，将此式展开并经整理即得矩形截面体外水平筋极限高度系数，为体外水平筋的

9、极限应力增量，其上式中由图6 6中假定当最大弯矩截面发生破坏时，两个未破坏的梁段均发生刚性转动，即无挠曲变形的几何关 系，三角形的相似比可建立如下几何方程：； ：体外预应力钢筋的总伸长值。：梁破坏时的极限挠曲值。：梁发生截面破坏时实际受压区高度。由上式得：，根据总伸长量即可求出体外预应力钢筋的极限应变增量；考虑体外筋中有效预应力的 影响 后，体外预应力筋的极限应变其中& y为体外预应力水平筋中由有效预应力产生的应变。由于体外水平筋在梁达到极限 状态时并不屈服，因此，将上式两端分别乘以预应力钢筋的 弹性模量，则体外水平筋的极限应力可用下式表示：此式第二项即为体外预应力水平筋的极限应力增量，又由于

10、与加固梁跨中极限挠度 则可导出：将其化简后可得一关于水平筋极限应力增量的一元二次方程。即:;式中系数解方程：即：；解出：；则水平筋极限应力为：其体外斜筋极限应力公式为：；由于体外斜筋与水平筋配筋面积不同， 取大者，；则 2 2。计算抗弯强度由于，说明中性轴在T T梁的顶板内，即为第一类 T T形。因而按宽度为的矩形截面计算抗弯强度。在此可忽略受压区钢筋的 影响，则由规范公式计算中性轴位置:拉钢筋 合力作用点到体外索水平筋重心的距离为：;再由规范公式计算加固体系的抗弯强度：该梁提高等级后由汽车荷载控制设计，跨中截面的最大计算弯距；因此经体外筋加固之后，梁的抗弯强度满足设计。3.3.计算抗剪强度该

11、梁最大支点剪力由挂车-100-100控制，其值为；作用在梁端部体外筋中的预加力应作为外力考虑，其竖向分量将抵消一部分外荷剪力。假定在极限状态下，体外斜筋中的应力为，考虑材料安全系数后， 则其预剪力的竖向分量为：;计算表明，经体外筋加固后梁端不会出现斜压破坏。由规范(4.1.10-24.1.10-2 )及(4.1.10-34.1.10-3 )式得：经体外筋加固后，该梁抗剪强度满足要求。因为我们就这么一辈子，几十年的光景，无法重来，开心也好，不开心也罢，怎么都是活着，那么何不让自己开开心心的过好每一天呢!因为人活着，就需要一份积极向上的乐观和感恩的好心态来对待所有。生活虽辛苦，但我们一定要笑着过，

12、以积极乐观的心态让日子过得有滋有味，这样才不白来人世走一遭，才会无怨无悔。因为生活没有真正的完美，只有不完美才是最真实的美。不要总是悲观地认为自己很不幸，其实比我们更不幸的人还有很多；要学会适应，学会调整自己的心态，学会宽容和理解，许多的苦、许多的累，都要坦然面对。只有经历了，体验过了，才能明白了生活的不易。因为经历就是收获要知道世上没有什么不能割舍，人生没有过不去的坡，当你调整好了心态，一切都会风清云谈。人活着，活的就是一种心情。谁都有不如意的时候，这就要求我们做任何事情上都要持有一颗平常心。只要做到不攀比，不虚荣，待人诚恳、做事踏实，以知足乐观的心态释怀所有，做事尽量站在别人的角度去考虑别人的感受，常怀感恩的心态待人，哪怕平庸，也会赢得世人对你的认可和尊重！生活，让我们微笑，也可以让我们哭泣。我们不要总是消极的怨天尤人，该以积极乐观的良好心态活着，如若心态好，精神打起来，好运自然来，就看你怎样去对待!只要心中有景，何处都是彩云间；只