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跨赤大聯(lián)絡(luò)線橋加固工程加固方案

2015-04-16　

 　　

 　　1.1 工程概述

 　　赤峰至大板至白音華新建地方鐵路工程上跨赤大高速連接線特大橋主橋（以下簡稱：跨赤大聯(lián)絡(luò)線橋）為31.5m+50 m +31.5m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋?qū)?.9m，為單線鐵路橋，位于直線上。主梁為變截面三跨連續(xù)梁，端支點(diǎn)及跨中梁高2.5m，中支點(diǎn)處梁高3.5m。該橋主跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，采用滿布支架法施工。橫截面為單箱單室，箱梁底寬2.68m，頂板寬3.9m，頂板厚30cm，腹板厚35～50cm，底板厚25～50cm。采用圓端型重力式墩，鉆孔樁基礎(chǔ)。該橋采用滿布支架法施工。

 　　該橋由石家莊鐵道學(xué)院于2007年8月進(jìn)行了靜載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)報告表明：試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)主梁撓度過大，表明結(jié)構(gòu)剛度偏??；且中跨跨中出現(xiàn)受力橫向裂縫，不滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定。認(rèn)為跨赤大聯(lián)絡(luò)線橋必須進(jìn)行加固處理合格后，才可以正常開通。經(jīng)研究分析，決定采用體外預(yù)應(yīng)力加固方法對該橋進(jìn)行加固處理。

 　　1.2 體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計方案簡述

 　　對于體外預(yù)應(yīng)力加固方法，不同的布筋形式影響著加固效果的優(yōu)劣。通過對不同布筋方案的對比，考慮到鄰跨橋梁已經(jīng)架設(shè)，梁端無法實(shí)施張拉，須將體外束的張拉端放在梁體箱室之內(nèi)。經(jīng)綜合分析，最后確定的體外預(yù)應(yīng)力布置形式如圖1.1所示。

 　　

 　　圖1.1 體外預(yù)應(yīng)力布置立面圖（半跨，單位cm）

 　　新增的體外預(yù)應(yīng)力束為2股19-φj15.2的鋼絞線，在箱室內(nèi)對稱布置。

 　　體外預(yù)應(yīng)力加固除了要滿足結(jié)構(gòu)整體受力性能的要求外，尚需滿足一些細(xì)部的構(gòu)造和受力要求，例如轉(zhuǎn)向區(qū)（圖1.2）、錨固區(qū)（圖1.3）等。

 　　

 　　圖1.2 跨中截面體外預(yù)應(yīng)力布置圖（單位cm）

 　　

 　　圖1.3 體外預(yù)應(yīng)力端部錨固截面示意圖（單位cm）

 　　建立有限元模型，模擬體外預(yù)應(yīng)力張拉過程，若體外束按控制應(yīng)力0.50fpk張拉，加固后，橋梁中跨跨中截面底板應(yīng)力為壓應(yīng)力，大小約為2.88MPa，中跨跨中撓度向上4.22mm。

 　　2 加固現(xiàn)場實(shí)施情況

 　　2.1 體外預(yù)應(yīng)力體系新增構(gòu)件

 　　體外預(yù)應(yīng)力體系新增構(gòu)件主要包括：端部現(xiàn)澆錨固塊、墩頂轉(zhuǎn)向構(gòu)造及中跨和邊跨轉(zhuǎn)向塊。

 　?。?）端部現(xiàn)澆錨固塊

 　　因張拉空間的限制，不能在梁端張拉新設(shè)的體外預(yù)應(yīng)力束。解決方法是在離梁端一定距離處新做混凝土錨固塊。在確保不破壞原結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力束的條件下，采用植筋技術(shù)及在新舊混凝土接觸面鑿出剪力槽，通過現(xiàn)澆錨塊與底板及腹板的剪切摩擦來承受體外索張拉力。植筋包括兩方面的內(nèi)容：①在箱梁底板與腹板交接處植入直徑為20mm的HRB335鋼筋；②在箱梁底板與腹板交接處各布置2根80×50×6的不等邊角鋼，并通過置入M16的膨脹螺栓與原結(jié)構(gòu)相連。并把附近新綁扎的鋼筋與角鋼焊接。

 　　

 　　圖2.1 端部現(xiàn)澆錨固塊照片

 　?。?）墩頂轉(zhuǎn)向構(gòu)造

 　　墩頂橫隔板是天然的轉(zhuǎn)向塊，需要在橫隔板上鑿孔，埋設(shè)體外預(yù)應(yīng)力束轉(zhuǎn)向管道。

 　　

 　　圖2.2 墩頂轉(zhuǎn)向照片

 　?。?）中跨和邊跨轉(zhuǎn)向塊

 　　為了實(shí)現(xiàn)體外索的設(shè)計線形和傳力，需要在兩個邊跨和中跨跨中位置設(shè)置轉(zhuǎn)向塊。

 　　通過現(xiàn)澆混凝土橫隔板來實(shí)現(xiàn)體外束的轉(zhuǎn)向。為抵抗體外束在轉(zhuǎn)向處的上拔力，需要在箱梁底板和腹板上植筋。

 　　邊跨轉(zhuǎn)向塊與梁端錨固塊相距較近，因而把二者連成整體，如下圖所示。

 　　

 　　圖2.3 邊跨轉(zhuǎn)向塊照片

 　　但在實(shí)際穿束過程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)既有腹板預(yù)應(yīng)力束齒塊與新增體外預(yù)應(yīng)力筋有少量重疊，為了讓體外預(yù)應(yīng)力平順過渡，盡量減小加固對既有結(jié)構(gòu)的影響。在腹板齒塊表面設(shè)置橫向轉(zhuǎn)向塊，使體外束存在小的側(cè)面轉(zhuǎn)向，實(shí)際情況如下。

 　　

 　　圖2.4 體外束橫向轉(zhuǎn)向照片

 　　體外預(yù)應(yīng)力體系新增構(gòu)件，嚴(yán)格按照《跨赤大聯(lián)絡(luò)線橋加固設(shè)計計算書》中的要點(diǎn)及要求施工，施工質(zhì)量良好。

 　　2.2 體外預(yù)應(yīng)力體系

 　　橋梁加固用體外預(yù)應(yīng)力體系，采用柳州OVM產(chǎn)品，所用材料列于下表。

 　　表2.1采用的體外預(yù)應(yīng)力體系

 　　

體外索	錨具	轉(zhuǎn)向器
OVM-S4 單根無粘結(jié)環(huán)氧噴涂鋼絞線	OVM.A15-19	分體式轉(zhuǎn)向器

 　?。?）體外預(yù)應(yīng)力筋

 　　推薦選用單根無粘結(jié)環(huán)氧噴涂低松弛鋼絞線，該類型的索體屬于無灌漿型，可拆卸替換，可隨時檢測自由段的索體情況。

 　?。?）錨具

 　　推薦選用可進(jìn)行單根換索的體外預(yù)應(yīng)力筋專用錨具。

 　　

 　　圖2.5 體外束錨具照片

 　?。?）轉(zhuǎn)向器

 　　推薦采用分體式（分絲管式）轉(zhuǎn)向器，該類型的轉(zhuǎn)向器能夠鋼絞線與鋼絞線位置的平行，每根鋼絞線受力均勻，防止鋼絞線之間的相互擠壓，減小鋼絞線與轉(zhuǎn)向器之間的磨損，并可以進(jìn)行單根換索。

 　　

 　　圖2.6 OVM分體式轉(zhuǎn)向器照片

 　　2.3 體外預(yù)應(yīng)力張拉施工

 　　體外束張拉前，先對體外預(yù)應(yīng)力筋逐束預(yù)緊，預(yù)緊后，再逐束張拉到預(yù)定張拉值。體外預(yù)應(yīng)力束預(yù)緊情況如下圖所示。

 　　

 　　圖2.7 體外束預(yù)緊照片

 　　由于體外束張拉施工前散落在箱梁室內(nèi)，為了順利將體外束預(yù)緊，防止體外束之間相互絞合，應(yīng)按一定順序進(jìn)行張拉預(yù)緊。張拉順序，如下圖所示。

 　　2.4 體外預(yù)應(yīng)力張拉過程應(yīng)力及撓度

 　　體外束張拉監(jiān)測分應(yīng)力監(jiān)測及撓度監(jiān)測兩部分，應(yīng)力由外貼應(yīng)變計測量，布置于箱梁體內(nèi)，受外界影響較小。撓度由百分表量測。

 　　應(yīng)力及撓度測點(diǎn)編號及位置，如下圖所示。

 　　

 　　圖2.9 應(yīng)力及撓度測點(diǎn)布置圖

 　　應(yīng)力及撓度測點(diǎn)測試規(guī)則為：中跨跨中截面應(yīng)力及中跨跨中撓度逐束測量。

 　　2.4.1 跨中截面應(yīng)力變化情況

 　　逐束張拉體外預(yù)應(yīng)力束，每張拉一束通過外貼應(yīng)變計記錄橋梁跨中截面應(yīng)力情況如表2.2示，跨中截面應(yīng)變計測點(diǎn)照片及位置示意圖，如圖2.10及2.11示，應(yīng)力變化趨勢如圖2.12示。

 　　由表可見，中跨跨中截面底板壓應(yīng)力實(shí)測值為2.59MPa，而理論計算值為2.88 MPa壓應(yīng)力值。

 　　

 　　圖2.10 跨中截面應(yīng)力測點(diǎn)照片

 　　表2.2 跨中截面實(shí)測累計應(yīng)力值（單位：MPa）

 　　

張拉進(jìn)程	第1束	第2束	第3束	第4束	第5束	第6束
跨中截面	0.01	-0.01	-0.03	-0.06	-0.02	-0.46
張拉進(jìn)程	第7束	第8束	第9束	第10束	第11束	第12束
跨中截面	-0.50	-0.54	-0.74	-0.82	-0.84	-0.86
張拉進(jìn)程	第13束	第14束	第15束	第16束	第17束	第18束
跨中截面	-0.94	-0.96	-1.00	-1.02	-1.07	-1.18
張拉進(jìn)程	第19束	第20束	第21束	第22束	第23束	第24束
跨中截面	-1.25	-1.29	-1.36	-1.43	-1.46	-1.53
張拉進(jìn)程	第25束	第26束	第27束	第28束	第29束	第30束
跨中截面	-1.85	-1.88	-1.93	-1.97	-2.12	-2.16
張拉進(jìn)程	第31束	第32束	第33束	第34束	第35束	第36束
跨中截面	-2.40	-2.43	-2.44	-2.47	-2.49	-2.52
張拉進(jìn)程	第37束	第38束
跨中截面	-2.56	-2.59
跨中實(shí)測應(yīng)力	-2.59
理論計算應(yīng)力	-2.88

 　　注：截面應(yīng)力以壓應(yīng)力為負(fù)，拉應(yīng)力為正。

 　　

 　　圖2.12 跨中截面累計應(yīng)力圖

 　　2.4.2 跨中撓度變化情況

 　　在橋梁中跨跨中處焊接鋼筋，鋼筋垂至地面，在地面安放百分表測量中跨跨中撓度變化。

 　　在鋼筋上系重物以減小細(xì)長鋼筋受外界影響而過大擺動，以保證測量精度。撓度測量現(xiàn)場如下圖所示。

 　　

 　　圖2.13 跨中撓度測試照片

 　　逐束張拉體外預(yù)應(yīng)力束，每張拉一束通過百分表記錄橋梁跨中撓度變化情況，如表2.3所示。

 　　由表可見，中跨跨中撓度實(shí)測撓度值為向上拱起3.54mm，而理論計算值為向上4.22mm，說明實(shí)際橋梁剛度略大于理論剛度。

 　　表2.3 逐束撓度變化值（單位：mm）