體外預應力技術在橋梁主跨跨中的應用

外部預測是混凝土構件剖面之外的后張預測鋼筋的預測力。預測筋只能連接到錨定區域和轉向塊中的組件。其一般布置形式有直線體外束束形或雙折線體外束束形。目前該技術已應用于橋梁工程建設中,并在舊橋加固中得到廣泛應用,研究結果表明體外預應力加固混凝土箱梁對減小結構變形是顯著的。1體外預應力束傳遞方式的特殊性體外預應力索、體外預應力鋼束的錨固系統和轉向裝置,以及相應的防腐系統組成了體外預應力混凝土系統,如圖1。體外預應力束選擇、設計和優化是體外預應力加固橋梁結構的重要內容之一,根據體外預應力束在橋梁加固工程中的使用與施工條件,提出體外預應力束的初步布置方案,通過結構設計與束形分化的過程,確定體外預應力束的束形最終設計布置方案,與體內配置的預應力筋相比,體外預應力束傳遞預應力的方式具有其特殊性,即預應力作用反通過錨固區域節點和轉向塊來傳遞,因此,進行錨固局域節點和轉向塊節點設計就顯得尤為重要。2大跨徑預應力混凝土梁式橋加固橋梁(如圖2)全長為454m,橋面設2.7%的單向縱坡,橋上無豎曲線,橋面橫坡為雙向2%。主橋上部結構為三跨預應力混凝土連續剛構,跨徑布置為122m+210m+122m。箱梁為三向預應力結構,采用單箱單室截面,箱梁頂板寬22.5m,底板寬11m,外翼緣懸臂長5.75m,箱梁頂板設置成2%雙向橫坡。箱梁根部梁高12.5m,跨中及邊跨現澆段梁高為3.5m。從中跨跨中至箱梁根部,梁高以半立方拋物線變化。該橋梁建成于2006年,經過幾年運營后該橋出現主梁下撓的病害,檢測發現主跨及邊跨下撓程度均比理論分析值大,其中主跨跨中尤為嚴重。以主墩為相對參照零點,主跨跨中殘留預拱度值不到3.2cm;橋梁合攏時溫度為20℃,溫度為35℃,按橋梁均勻升溫15℃進行計算,溫度引起橋梁跨中上撓-2.1cm,因此,若考慮溫度力作用,則原設置預拱度值基本消耗殆盡。根據國內大跨徑預應力混凝土梁式橋的工程實踐經驗,該類型橋的下撓周期應在10年左右,也即未來7到8年該橋還會繼續下撓。同時主梁下撓使得箱梁底板大范圍內存在縱向貫通裂縫(如圖3),裂縫沿箱梁中心線左右對稱分布,平均間距15-25cm。3外部預測的加固疲勞分析3.1抗剪加固措施該橋梁在建橋施工時,已對箱梁底板采用粘貼鋼板進行加固,現檢測時發現,共有47處錨栓松動,部分錨栓銹蝕,此種情況的出現使得主梁跨中有呈現繼續下撓的趨勢。為延緩該橋跨中繼續下撓的趨勢和適當恢復橋面線形,加強腹板截面抗剪能力,抑制裂縫的擴展,對該橋采用主梁增設體外預應力鋼束的措施進行加固整治。體外預應力束設置在主橋中跨,兩端分別錨固于兩0號塊橫隔板的邊跨側,整個橋跨共設置8束19根Ф15.2mm的體外預應力束,每個腹板對應4束,通過5個轉向板分四批進行下彎,錨下控制應力為1116MPa。3.2預應力加固反拱撓度計算公式與梁受力關系體外預應力加固撓度分析時,將預應力筋的應力視為作用在梁上的外力,而預應力筋的作用將對原橋梁結構產生一個反拱撓度f,其與荷載引起的向下撓度相反,因此在本工程中采用體外預應力加固橋梁將延緩該橋繼續下撓的趨勢并適當恢復橋面線形。采用結構力學中圖乘法對加固后的反拱撓度f進行理論的推導,并與最終的監測結果進行對比。在預應力筋的拉力Ny作用下,混凝土梁的反拱撓度可由圖4的計算圖式確定,此時梁的剛度取為EhIo。預應力筋拉力作用下的內力為梁端彎矩Mo=nyη(h1cosa-xsina)梁中端彎矩M1=-Nyh2式中x-支點到所計算截面的水平距離;h1-錨固點到換算截面形心軸的距離;h2-預應力筋重心到換算截面的形心軸的距離。梁在單位力p=1作用下的彎矩圖如圖4所示。由圖乘法得Δk=?M—kMpEIds=ωyoEIΔk=?Μ—kΜpEΙds=ωyoEΙ根據圖4得Δk=ωyiEhIo=Nyη(h1cosα?lisinα)×l1×2l13EhIo?Nyh2l22×l12+Nyh2l22(L4?l12)×12×2EhIo=NyEhIo[13ηl12(h1cosα?l1sinα)?l24(l1+12L)h2]Δk=ωyiEhΙo=Νyη(h1cosα-lisinα)×l1×2l13EhΙo-Νyh2l22×l12+Νyh2l22(L4-l12)×12×2EhΙo=ΝyEhΙo[13ηl12(h1cosα-l1sinα)-l24(l1+12L)h2]經過修正得體外預應力加固反拱撓度為f=NyλEI[13ηl12(h1cosα?l1sinα)?l24(l1+12L)h2]f=ΝyλEΙ[13ηl12(h1cosα-l1sinα)-l24(l1+12L)h2]式中l1-錨固點至轉向塊的距離;L-梁跨長度;η-轉向塊兩端預應力筋的用力的關系系數;λ-剛度折減系數,一般為0.85。4反拱撓度計算公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公式公