预应力混凝土先简支后连续梁桥加固效果分析.pdf

2 0 1 3年第 4期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 2 7期 文章编号 ： 1 6 7 1 7 6 1 9 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 4 70 4 预应 力混凝 土先简支后 连续梁桥 加 固效 果分 析 罗小琴 ( 广东省高速公路有限公司， 广州 5 1 0 5 2 3 ) 摘要 ： 在分析一座预应力混凝土先简支后连续工字梁病害情况和加固措施的基础上， 通过设置相应的荷载试验 工况， 对其采用改善主梁抗弯性能和结构横向受力整体性的加固措施进行了研究， 获取结构在试验荷载下的应 变和变形参数， 并将其与理论计算值进行比较 ， 对其加固效果进行了评价。结果表明： 采用增设横隔板和梁底粘 贴预应力纤维薄板加固措施对改善桥梁结构的受力性能是有效的。 关键词 ： 先 简支后 连续工字梁 ；荷载试验 ；加 固效果 中图分 类号 ： U 4 4 8 2 1 5 文献标识码 ： B 0 引言 高等级公路要求行车高速、 平稳 、 舒适 ， 对桥梁 结构的连续性要求很高。采用先预制简支后连续结 构的设计 ， 既克服了简支梁接缝较多的问题 ， 又避免 了现浇连续箱梁施工速度慢、 投资大的缺点 ， 因而， 在高速公路桥梁建设 中得到了广泛的应用。 在早期的先简支后连续梁桥结构设计 中由于 缺乏相应 的规 范及 参考资料 ， 没有考虑先 简支后 连续结构体系的固有特点 ， 在设计 、 施工等方面未 对其进行相应 系统 的理论分析研究 ， 而沿用 单纯 的简支梁和连续梁 的计算理论进行 设计 ， 造 成结 构端部构造 、 支座设置形式 、 施工方法和施工顺序 等方面未见统一 的标 准 ， 同时也 给后期桥梁 的结 构的安全性 和耐久性埋 下 了隐患 ， 部分营运 的先 简支后连续预应力混凝 土连续梁桥 由于 出现了负 弯矩 区开裂 ， 横向受力性能差、 正弯矩区开裂等早 期病害 ， 不得不采取相应 的维修措施进 行加 固处 理 。 然而 ， 对这类桥 梁结构 的维 修加 固方 法往往 简单地套用简支梁或连续梁加固措施 的经验做法 进行维修处理 ， 对其是否在改善 桥梁结构 的受力 性能方面起到 了有 效的作用 ， 很 少进行深入 分析 研究。为此 ， 本文在结合 分析一座 预应力混凝 土 先简支后连续工字梁病害情况和加 固措施的基础 上 ， 通过设置相应的荷载试验工况 ， 对其采用改善 主梁抗弯性能和结构横 向受力整体性 的加固措施 进行了试验研究 ， 获取结 构在试验荷 载下 的应变 和变形参数 ， 并将其与理论计算值进行 比较 ， 对其 加固效果进行了评价 。 1 桥梁病害及维修加固情况 一 座 5 3 5 m先简支后连续 工字梁桥 ， 由4片 梁高 2 0 m的预应力混凝土工字梁预制拼装而成 ， 桥宽为 1 2 0 9 m， 见 图 1 、 图 2 。桥梁原结构采用预 应力混凝 A类构件设计 ， 设计荷载为汽超 一 2 0级 ， 挂车 一1 2 0， 该桥于 1 9 9 6年 8月建成通车 ， 至今 已 运营十多年。 48 图 1 桥梁立面总体布置图( 单位： c m) 图2 桥梁典型横截面布置图( 单位 ： e m) 中 J 央I 作者简J r ： 罗小琴( 1 9 7 8一) ， 女， 本科 ， 工程师， 从事高速公路养护管理工作。E - m a i l ： l u o x g g d f r e e w a y t o m 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 4期 广东公路交通 总第 1 2 7期 在历年的定期检查中发现该桥存在主要病害 为 ： 主梁 l 4跨 径至 3 4跨径 区域存在 “ U” 型裂 缝 ， 裂缝在腹 板 的宽度 在 0 0 8 mm至 0 2 5 m m之 间， 裂缝间距在 2 0 e m至 3 0 c m之间， 呈上宽下窄形 态分布 ， 具有 明显 的受力特征。针对该桥病 害情 况 ， 桥梁维修加 固措施主要考虑两个方面： ( 1 ) 通过对主梁的梁底 张拉粘贴有纵 向预应 力的纤维薄板 ， 用以改善主梁抗弯性能 ； ( 2 ) 通过在桥跨 1 4跨径 、 跨 中、 3 4 L跨径处 新增 三道横隔板并张拉横 向预应力 ， 凿 除原 8 c m 沥青砼桥铺 ， 浇筑 1 0 e m纤维素纤维 防水砼桥面铺 装 ， 改善桥梁结构的横向整体受力性能。 2 改善主梁抗弯性能的加 固效果分析 2 1 试验方法和工况设置 该桥第 3 6孑 L 主梁的梁底采用了张拉粘贴纵向 预应力纤维薄板进行加 固， 其 主要 作用是改善 主 梁的抗弯承载能力 ， 为此 ， 本次通过对该桥孔进行 跨中最大正弯矩工况 的静 载试 验 ， 并有针 对性地 在主梁跨 中位置的梁底混凝土和碳纤维 布上布置 应变测点， 获取被加 固主梁在荷载作用 下加 固部 分和原结构的应变参数 ，通过结构应变变化 的协 调性来反映结构加 固措施是否对主梁受 力性 能起 到了改善作用。 本次试验加载布置情况见图 3， 相应 的加载内 力和效率系数如表 1 所示。 表 1 内力和加载效率 系数表 试验弯矩 ( k N m)理论弯矩 ( k N m)加载效率 ( ) 3 4 2 4 3 56 6 0 96 F 亍 一 一2 耍 二 仨 圭 = = 二 丁 1 2 1 5 I 3 3 0 l 1 3 0 2 0 0 2 0 0I 1 3 0I 3 3 0 i 9 6 6 d 5 0 0 图3 最大正弯矩工况车辆荷载布置图 2 2 加 固效 果分 析 通过分级加载 ， 最终测得 各级荷载下 各测点 的应变数值 ， 并计算理论应变值 ， 其试验数据 汇总 如表 2所示 ， 各梁底纤维 板上应变与混凝 土上应 变的对比情况如图4至图 5所示。 表 2 最大正弯矩工况工字梁梁底应 变对比分析表 图4 一级加载梁底应变对比图 图5 二级加载梁底应变对 比图 图6三级加载( 满载) 梁底应变对比图 由表 2及 图4图 6可 以看出， 各级加载情况 下偏载侧工字梁底纤维薄板应变均小于混凝 土表 面应变 ， 且均小于理论值 ， 满足加 固后设计标 准的 要求 ； 各级加载作用下 ， 各片主梁纤维薄板测点应 48 变与混凝 土表 面测 点应变 曲线 变化规 律基本 一 致 。表明主梁在荷载作用下预应力纤 维薄板 与主 梁一起参与受力 ， 协调变形 能力较好 。通过实测 数据分析可以得出， 采用预应力纤维薄板加 固后 ， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 4期 罗小琴预应力混凝土先简支后连续梁桥加固效果分析 总第 1 2 7期 纤维板与主梁一起参 与工作 ， 较好 地改善 了主梁 的抗弯性能 ， 加 固效果 良好。 3 改善桥梁横 向整体性加固效果分析 3 1 试验方法和工况设置 通过在桥跨 1 4跨径、 跨 中、 3 4 L跨径处处新 增三道横隔板并 张拉横 向预应力 ， 凿除原 8 e ra沥 青砼 桥铺 ， 浇 筑 l O e m纤 维素纤 维 防水砼 桥 面铺 装 ， 主要起到改善 桥梁结构 的横 向整体受力性 能 作用。 本次通过荷 载试验横 向分布 的测试 ， 反算 出 该孔桥梁结构在一定荷载作用下的实 际横 向分布 系数 ， 通过与理论横向分布系数 的对 比分析 ， 评价 加 固桥梁 的横 向分 布状况 ， 横桥 向加载示 意图见 图 7 ， 载位布置见表 3所示 。 表 3 横 向分布测试 工况载位表 图7 横向分布加载载位示意图( 单位 ： c m) 3 2加固效果分析 通过不 同载 位横 向加 载 ， 最终 测得各级 荷载 工况下各主梁跨 中挠度数据 ， 其试 验数据 汇总见 表 4 。表 5为通过实测 挠度反算出的横 向分布系 数与理论计算值的对比表 ， 图 8图 1 1 为各片主梁 实测横向分布系数与理论横向分布系数的对比图。 由表 5及图 8图 1 1可知 ， 各载位下各片主 梁实测换算横向分布系数与理论计算横 向分布系 数对 比曲线变化趋 势基 本一致 ， 各 载位下各 片主 梁实测 换算横 向分 布 系数与 理论计 算值 较为 接 近。以载位 1为例 ， 由图 1 2可知 ， 载位 1 车辆作用 在 1 号梁附近 ； 由表 4可知 ， 在载位 1车辆荷载作 用下 ， 1 号 梁实测 挠度反 算 出的横 向分 布系数 为 0 4 9 6 ， 小于理论计算值 0 5 4 3 。而相邻 2号、 3号 梁的实测横 向分布 系数均 大于理论计算值 ， 表 明 作用在 1 号主梁附近的荷载， 被分配到其相邻的 主梁上。对于其他 载位 ， 其横 向分 布系数 的分布 规律与载位 1相同， 当车辆荷载作用在其中一片 主梁附近时， 该梁 的实际横 向分布 系数 较理论值 小 ， 相邻主梁的横 向分布系数较理论值 大。由上 述结果表明 ， 桥跨增设横隔板后 ， 荷载较为合理地 分配在各 片主梁上共 同承担受力 ， 增设梁 间横 隔 板对桥跨的结构横向分布整体性起到了良好的改 善作用。 O 6 0 5 0 4 糕 为 O 3 梏 求0 2 厦 据。 O O O1 籁 0 3 5 惴 船 求 o 旧 。 O1 O 赫 。 。 1 蹈 0 3 0 梏 o 2 5 求 口02 0 蜷 0 1 5 主粱 编号 。 图 8 载位 l 横 向分 布系数对 比图 。主梁 编号 。 图9 载位 2 横向分布系数对比图 O 7 O O 5 辐 0 4 譬 O 3 厦 a 2 颦 0 0 , 0 主梁 编号 。 载位 3横 向分 布系数对 比图 1 0 1 5 20 25 30 3 J 4 O 主粟编号 图l l 载位4横向分布系数对比图 49 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 4期 广东公路交通 总第 1 2 7期 梁号 载位 1 载位 2 载位 3 载位 4 理论值 实测值 理论值 实测值 理论值 实测值 理论值 实测值 4 结语 对一座采用增设横隔板 和梁底粘贴预应力纤 维薄板加固措施的预应力混凝土先简支后连续工 字梁的加 固效果进行 了试验 和理论 分析 ， 结果 表 明， 这两种加 固方式在改善桥梁 结构整体受力性 能方面是有效的。本文所采用的加固效果分析方 法 ， 可为相应桥 梁结构加 固的评价分析 提供借鉴 和参考。 参考文献 ： 1 公路桥涵设计通用规范 J T G D 6 02 0 0 4 S 北 京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 2 公路旧桥承载能力鉴定方法( 试行) M 北京： 人 民交通 出版社 ， 1 9 9 8 3 范立础 桥梁工程 M 北京： 人民交通 出版社 ， 1 99 8 4 宋一凡 公路桥梁荷载试验结构评定 M 北京： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 1 5 公路桥梁承载能力检测评定规程 J T G T J 2 1 2 0 1 1 s 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 1 1 6 任伟 钢筋混凝土 T梁桥的片材加固机理、 设计 方法及其应用 D 西安： 长安大学， 2 0 0 6 7 田胜元 ， 等 实验设计与数据处理 M 北京： 中 国建筑工业出版社， 1 9 8 8 ( 收稿 日期 ： 2 0 l 3一 o 4 2 0 ) Ana l y s i s o n St r e ng t he n i ng Effe c t o f Pr e s t r e s s e d Co nc r e t e Br i d g e t h Co nt i nu ou s Gi r de r f r o m S i mpl y s u pp or t e d LUO Xi ao q i n ( G u a n g d o n g P r o v i n c i a l F r e e wa y C o ，L t d ，G u a n g z h o u 5 1 0 5 2 3 ) Abs t r ac t ：Ba s e o n a n a l y s i s o n t he p r o bl e ms o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e brid g e wi t h c o n t i n u o us I - g i r d e ra n s f o r me d f r o m s i mp l y s u p p o r t i n g，by l o a d i n g t e s t f o r t h e r e i n f o r c e me n t me a s u r e o f t he I - g i r d e r b rid g e，r e s e a r c he s o n t h e s t r e ng t h e n i n g me a s u r e s t o i mp r o v e t h e b e n d i n g a n d v e r t i c a l i n t e g r a t e d p e rfo r ma n c e o f t h e p r e s t r e s s e d c o n c r e t e g i r d e r h a v e b e e n c o n d u c t e d T h e p a r a me t e r s o f s t r a i n a n d d e f o rm a t i o n o f t h e g i r d e r h a v e b e e n o b t a i n e d，w h i c h ha s b e e n c o mpa r e d wi t h t h e t h e o r y c alc u l a t i o n r e s u h，a n d t he s t r e n g t h e n i n g e f f e c t h a s b e e n a p p r a i s e dTh e r e s u i t s h a v e s h o w n t h a t i t i s e f f e c t i v e t o i mp r o v e t h e p e r f o rm a n c e of t h e b ri d g e b y a d d i t i o n al d i a p h r a g ma n d a n d p l a t e r i n g p r e s t r e s s e d fi be r p l a t e t o b o t t o m o f t h e g i r d e r Ke y wo r d s ：c o n t i n u o u s I - 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