坡橋體外預(yù)應(yīng)加固設(shè)計(jì)管理論文

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摘要：大劉坡橋位于天津?qū)氎婵h境內(nèi)九園公路的潮白河上。橋全長(zhǎng)790.3米，橋面寬度9米（即1+7+1），上部結(jié)構(gòu)為56孔、5片跨徑14.1米的普通鋼筋混凝土T型簡(jiǎn)支梁橋，橫橋向有3道橫隔板。橋面鋪裝為鋼筋混凝土（7.5~11~7.5厘米）和3厘米瀝青混凝土面層。每8孔為一道伸縮縫，其間為橋面連續(xù)鋪裝。

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力加固T梁橋

大劉坡橋位于天津?qū)氎婵h境內(nèi)九園公路的潮白河上。橋全長(zhǎng)790.3米，橋面寬度9米（即1+7+1），上部結(jié)構(gòu)為56孔、5片跨徑14.1米的普通鋼筋混凝土T型簡(jiǎn)支梁橋，橫橋向有3道橫隔板。橋面鋪裝為鋼筋混凝土（7.5~11~7.5厘米）和3厘米瀝青混凝土面層。每8孔為一道伸縮縫，其間為橋面連續(xù)鋪裝。舊T型梁外形（如圖1）。舊梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：汽-13、拖-60。

下部結(jié)構(gòu)墩柱及蓋梁是在原橋位上游側(cè)95年重新設(shè)計(jì)建造的，為單排雙樁（柱）式，荷載等級(jí)：汽-20、掛-100。受公路發(fā)展公司委托，我院于4月12~13日對(duì)該橋進(jìn)行了檢查。由于原有公路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低（汽-13、拖-60），通行能力差，加之目前交通量的增加和汽車(chē)載重的增加，上述舊橋是不能滿(mǎn)足承載力要求的。受資金和材料資源及斷交時(shí)間的限制，也不可能全部拆除并新建，只能考慮投資較少，工期時(shí)間短且能增加承載力的各種橋梁加固技術(shù)予以改造。這其中采用體外預(yù)應(yīng)力鋼筋加工技術(shù)，確為一種簡(jiǎn)單易行且能與新建下部結(jié)構(gòu)荷載（汽-20、掛-100）看齊的有效方法。

體外預(yù)應(yīng)力加固方法的實(shí)質(zhì)是以粗鋼筋、鋼絞線(xiàn)或高強(qiáng)型鋼等鋼材做為施力工具，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，以其產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達(dá)到改善舊橋使用其性能并提高其極限承載力的目的，本橋只涉及粗鋼筋的體外預(yù)應(yīng)力加固提高荷載方案。

一、體外預(yù)應(yīng)力構(gòu)造：主要由四個(gè)部分組成

1、水平筋與斜筋：由高強(qiáng)螺紋粗鋼筋組成，構(gòu)造見(jiàn)圖2，其作用是施加預(yù)應(yīng)力提高梁的承載能力。

2、梁端錨固：先將梁端部分混凝土橋面板鑿掉，將梁端頂面上角鑿成與斜筋傾斜方向相垂直的斜面（需剪斷局部架立鋼筋和箍筋），在端橫隔板上開(kāi)鑿與斜筋方向相同的斜孔，然后，將用角鋼或槽鋼制作的支承墊座用環(huán)氧砂漿固定在已鑿好的梁端斜面上。斜筋穿過(guò)橫隔梁和支承墊座的斜孔，用千斤頂進(jìn)行張拉并用螺母錨固在支承墊座上，最后用混凝土將錨頭封閉，見(jiàn)圖3。

3、水平滑塊：由聯(lián)接斜筋和水平筋的活動(dòng)滑塊支承座和固定在梁底的支承鋼墊組成，其構(gòu)造見(jiàn)圖4，其主要功能是通過(guò)滑塊的水平滑動(dòng)，以調(diào)整斜筋與水平筋之間的內(nèi)力分配比例，并使表面受力趨于均勻。

二、體外預(yù)應(yīng)力提高荷載等級(jí)計(jì)算：已知的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

1．T梁混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)25Mpa。水平筋極限應(yīng)力計(jì)算時(shí)，取，截面強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，取混凝土極限壓應(yīng)變

2.原T梁配筋參數(shù)：其T梁截面配筋見(jiàn)圖5

跨中截面：,

支點(diǎn)截面：,

,,

.原梁斜截面內(nèi)受拉縱向鋼筋的配筋率：

3.體外索配筋參數(shù)：

經(jīng)加固設(shè)計(jì)分析，體外索水平筋取為，斜筋取為，均為冷拉Ⅲ級(jí)鋼（單控）。

兩墊板中心之間的水平距離：，上錨固點(diǎn)至墊板中心的水平距離：

,

體外預(yù)應(yīng)力筋至T梁底距離

體外預(yù)應(yīng)力損失：

1）預(yù)應(yīng)力鋼筋與水平滑塊之間的摩擦：因是水平張拉

2）具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失：,因是水平張拉，故，查規(guī)范按計(jì),

3)溫差引起的損失：。

、：分別為預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土的線(xiàn)膨脹系數(shù),

,Δt:為年最高溫度與施工時(shí)的溫度差；15°

故：

4)分批張拉引起的混凝土彈性壓縮損失：因單片梁兩根水平鋼筋同時(shí)張拉，使單片梁間的。

5）鋼筋松弛引起的損失：一次張拉

6)混凝土收縮與徐變引起的應(yīng)力損失

因舊橋混凝土的收縮與徐變?cè)陂L(zhǎng)期使用過(guò)程中已基本完成。體外筋加固體系并不會(huì)使橋梁恒載增加許多，且使原梁受壓區(qū)的應(yīng)力明顯減少。因此，即可近似取混凝土收縮、徐變損失。于是，體外筋加固中預(yù)應(yīng)力鋼筋總的應(yīng)力損失為：

預(yù)應(yīng)力水平筋重心到截面上邊緣的距離

無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力，滑塊與梁底之間的摩擦系數(shù)（屬于滑動(dòng)摩擦），反映斜筋與水平筋拉力之比的系數(shù)，體外斜筋中的有效預(yù)應(yīng)力

1、計(jì)算體外鋼筋的極限應(yīng)力：

由于水平筋和斜筋在材料及其截面面積方面的差別，其有效預(yù)應(yīng)力是不同的，亦即兩者的應(yīng)變量也不同。若以水平筋的應(yīng)變?yōu)闇?zhǔn)，將斜筋的應(yīng)變狀態(tài)換算為水平筋的應(yīng)變狀態(tài)，并在此情況下求出體外筋的總長(zhǎng)度，即為體外筋的換算長(zhǎng)度。式中分別為體外預(yù)應(yīng)力水平筋和斜筋中由有效預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變。

，則。令：。梁跨中破壞截面的剛度與極限狀態(tài)下梁體各截面平均剛度的比值，體外預(yù)應(yīng)力鋼筋換算長(zhǎng)度與梁的計(jì)算跨徑之，與支承條件有關(guān)的撓度系數(shù)對(duì)于按均布荷載考慮的簡(jiǎn)支梁由彈性變形理論可求出，體外水平筋配筋率，原梁受拉鋼筋配筋率，原梁受壓鋼筋配筋率，參照現(xiàn)行公路橋規(guī)（JTJ023－85）中對(duì)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算方法，按矩形截面試算：體外水平筋的極限應(yīng)力，Rab’iχ=σAy+AgRg-A’gR’g則，令水平筋極限高度系數(shù)ξy為梁發(fā)生截面破壞時(shí)實(shí)際受壓區(qū)高度χs與體外水平筋重心到梁頂面的距離之比，即，

∴，再將代入上式，可得，將此式展開(kāi)并經(jīng)整理即得矩形截面體外水平筋極限高度系數(shù)，為體外水平筋的極限應(yīng)力增量，其上式中

由圖6中假定當(dāng)最大彎矩截面發(fā)生破壞時(shí)，兩個(gè)未破壞的梁段均發(fā)生剛性轉(zhuǎn)動(dòng)，即無(wú)撓曲變形的幾何關(guān)系，三角形的相似比可建立如下幾何方程：；：體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的總伸長(zhǎng)值。：梁破壞時(shí)的極限撓曲值。：梁發(fā)生截面破壞時(shí)實(shí)際受壓區(qū)高度。由上式得：，根據(jù)總伸長(zhǎng)量即可求出體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的極限應(yīng)變?cè)隽?；考慮體外筋中有效預(yù)應(yīng)力的影響后，體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)變其中εy為體外預(yù)應(yīng)力水平筋中由有效預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變。由于體外水平筋在梁達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)并不屈服，因此，將上式兩端分別乘以預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量，則體外水平筋的極限應(yīng)力可用下式表示：此式第二項(xiàng)即為體外預(yù)應(yīng)力水平筋的極限應(yīng)力增量，又由于與加固梁跨中極限撓度則可導(dǎo)出：將其化簡(jiǎn)后可得一關(guān)于水平筋極限應(yīng)力增量的一元二次方程。即：；式中系數(shù)

解方程：：即：；

解出：：；則水平筋極限應(yīng)力為：

其體外斜筋極限應(yīng)力公式為：；由于體外斜筋與水平筋配筋面積不同，取大者，；則

2。計(jì)算抗彎強(qiáng)度

由于<

，說(shuō)明中性軸在T梁的頂板內(nèi)，即為第一類(lèi)T形。因而按寬度為的矩形截面計(jì)算抗彎強(qiáng)度。在此可忽略受壓區(qū)鋼筋的影響，則由規(guī)范公式計(jì)算中性軸位置：

受拉鋼筋合力作用點(diǎn)到體外索水平筋重心的距離為：

；

再由規(guī)范公式計(jì)算加固體系的抗彎強(qiáng)度：

該梁提高等級(jí)后由汽車(chē)荷載控制設(shè)計(jì)，跨中截面的最大計(jì)算彎距；

因此經(jīng)體外筋加固之后，梁的抗彎強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)。

3.計(jì)算抗剪強(qiáng)度

該梁最大支點(diǎn)剪力由掛車(chē)-100控制，其值為；作用在梁端部體外筋中的預(yù)加力應(yīng)作為外力考慮，其豎向分量將抵消一部分外荷剪力。假定在極限狀態(tài)下，體外斜筋中的應(yīng)力為，考慮材料安全系數(shù)后，則其預(yù)剪力的豎向分量為：；

；

；計(jì)算表明，經(jīng)體外筋加固后梁端不會(huì)出現(xiàn)斜壓破壞。

由規(guī)范（4.1.10-2）及（4.1.10-3）式得：

經(jīng)體外筋加固后，該梁抗剪強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。