预应力混凝土T梁桥体外预应力加固技术研究

1、预应力混凝土 t梁桥体外预应力加固技 术研究张昊男陈英昊何磊徐岳 长安大学公路学院摘要：r前体外预应力法加固装配式预应力简支t梁桥，主要受限于设计理念、转向装 置、锚固系统还未达到成熟应用的水平本文基于实例工程，研究了体外束布束 方式对结构性能的提升效果，对预应力加固体系中的转向装置进行了细部应力 分析，验证了所提出构造的合理性，并通过实桥加固后静载试验证明了体外预 应力加固法的效果.关键词：预应力简支t梁;桥梁加i占i;体外预应力;收稿日期：2017-09-20received： 2017-09-201引言预应力混凝土t梁桥具有结构形式简单、施工工艺成熟、可减小混凝土梁的主拉 应力和竖向剪力

2、等优势1,广泛应用于我国2050m跨径的桥梁中.预应力混凝土 t梁桥在长期使用过程中的损伤会不断积累，影响桥梁的使用安 全，故选用高效的加固方法对预应力混凝土 t梁桥进行加固修复，并提升原桥 承载能力具有重要意义.在众多桥梁加固方法中，体外预应力加固法作为主动加固的代表方法，具有施 工方便、节省材料且可有效提高桥梁承载力等特点，在新时期桥梁建设及加固中 发挥了重要作用目前，国内外众多学者也对体外预应力加固法进行了研究，黄 侨等提岀了 一种实用的体外预应力筋极限应力计算公式；张继文宜对体外预 应力加固普通钢筋混凝土简支梁的作用机理进行了分析;沈颖坤对采用体外 预应力加固的框架梁结构内力变化进行了

3、分析.对上述研究成果进行总结发现，大部分研究都是对体外预应力加固理论的分析, 而对结构设计构造方面的研究较少，且对体外预应力加固梁的试验研究基木局 限于普通钢筋混凝土梁，故需对体外预应力加固预应力混凝土梁的相关构造和 计算分析进行深化研究.本文基于安康汉江大桥维修加固工程，对体外预应力法加固预应力t梁进行研 究分析，并给出合理的构造形式，以给同类桥梁的加固提供借鉴.2工程概况及主要病害实桥工程为安康汉江大桥，设计荷载为:汽t3,拖-60. ±部结构为简支t梁， 每孔由4片长33m预应力混凝土 t梁组成，梁宽2. 20m,高1.70m.桥梁主要存在的问题为:桥梁运营期间出现的主要病害为

4、结构渗水侵蚀，以及由 渗水侵蚀引起的混凝土开裂、钢筋外露、锈蚀以及部分钢构件外露等；3体外预应力加固构造及细部分析体外预应力加固技术可以减小施工对交通的影响，同时维修技术较为成熟，具 有较好的加固效果故对于安康汉江大桥，采用体外预应力加固法对主梁进行加 固.3. 1体外预应力加固构造转向装置是预应力混凝土 t梁体外预应力加固中最关键的构造之一，起到改变 预应力筋方向，形成预应力曲线配筋的作用垃1，同时可以增强t梁的抗剪能力. 转向装置处构造复杂，应力较为集屮，故需要对转向装置的受力进行细部分析.安康汉江大桥的体外预应力钢束分别由水平钢束和斜钢束组成，两种钢束分离， 并在l/4处设转向装置转向装

5、置采用钢材焊接而成，不与主梁形成连接关系， 一片主梁布置4束斜钢束、2束水平钢束.3.2转向装置细部受力分析3. 2.1模型建立根据转向装置细部构造尺寸，采用midas fea建立转向装置实体模型有限元模 型三维视图及斜束锚板如图1及图2所示：图i工况1:跨中侧端部固定，只在外侧锚垫板处施加荷载，计算外侧锚垫板的应 力.工况2:支点侧侧端部固定，只在跨中侧锚垫板处施加荷载，计算跨中侧锚垫板 的应力.3. 3计算结果及分析在荷载工况1及工况2下，转向装置单元的主拉应力都保持在较低的水平，而角 隅处应力集中较明显，荷载工况1作用下最大拉应力为185mpa,荷载工况2作 用下最大拉应力为193mpa

6、,均小于q345钢材轴向容许应力.故在工况1及工况2 作用下，转向块是安全的.4加固方案计算与验算4. 1体外预应力加固计算4. 1. 1结构建模根据桥梁结构形式，采用结构分析有限元通用程序midascivil进行空间结构的 建模与分析.结构离散模型如图3所示.图3结构有限元模型下载原图4. 1. 2原桥承载能力计算根据有限元模型计算结果，分别采用汽-15和公路i级车道荷载，对结构内力进 行荷载效应组合汽-15级作用下跨中最大弯矩为4574. lkn-m,公路ii级作用 下跨中最大弯矩为6114. 7k n m.利用midas civil进行截面抗力估算，跨中正截面抗力值为5056. 56k

7、n m,则:4574.1kn -m <5056.56kn-m <6114.68kn -m故该桥上部结构满足汽-15级荷载，但不满足公路ii级荷载，需对预应力混凝 土 t梁进行加固，使其承载力提高，满足公路ii级荷载的需要，同时满足抗裂 性等要求.4.1. 3体外预应力钢束面积估算估算体外预应力钢束面积时，应考虑预应力损失及松弛加固所需预应力钢绞线 的根数为：140 x 1860 x05x0.8 "6,91 根故体外预应力筋的布置采用两束4*jl5. 2钢绞线，钢绞线面积为140x2x4=1120mm.4.1.4加固效率计算公路ii级荷载作用下基木组合效应值比汽-15作用下

8、增加33.6%;加固前原梁承 载力为5056. 56k n,加固后用midas civil计算得截面承载力为7575. 42k n,承 载力增加幅度为49.81%利用midas civil对结构加固后的承载能力、抗裂性、以及应力和变形进行了验 算，均满足要求.42桥梁静载试验加固完毕后，采用4辆32吨重的载重汽车在桥梁第4跨进行静载试验.实验结果见表1与表2.根据表1和表2可知：在试验荷载作用下，各测点的实测应变及挠度均小于理论计算值，应变校验系 数均小于1,说明结构的强度及刚度均满足要求；因此，通过体外预应力加固后，安康汉江大桥满足公路ii级要求，承载能力得 到显著提高.5结论5.1釆用体外

9、预应力法加固预应力简支t梁桥，具有施工技术成熟、交通影响小 等优势，可以较好地提升结构的承载能力；表1静载试验实测应变与理论值比较下载原表工况 截面第4跨跨中1（中载）第4跨跨中2（偏载）测点理论值22068-6113-5016-5031399一661427716-68工况 截面测点 理此值 实（mm）（r126.09第4跨跨中231.291（中载）331.29426.09n117.45第4跨跨中227.982（偏载）333.8621434.772：5.2将预应力束中的水平钢束和斜钢束分离并分别张拉锚固，并对转向装置进 行细部分析，说明这种构造可以应用于实际工程屮，并且具有受力明确，张拉 便捷

10、等优势；5.3根据静载试验结果，安康汉江大桥经过体外预应力法加固后，承载能力得 到了提高，并具有一定的安全储备，可为今后类似桥梁的加固提供借鉴.参考文献1 许康曦预应力混凝土 t梁桥预应力损失检测技术研究d重庆交通大学， 2016.2 黄侨，荣学亮，杨明桥梁体外预应力筋极限应力计算方法j.中国公路学 报，2010, 23 (6) : 78-84.3 张继文，吕志涛预应力加固钢筋混凝土简支梁的受力性能与分析计算j 建筑结构，1995 (9) : 18-23.4 沈颖坤，孙宝俊，李延和.体外预应力加固钢筋混凝土框架结构试验研究j. 江苏建筑，2003 (2) :4-8.5 戴亚军，李传习，曾永革.体