预应力混凝土T梁桥体外预应力加固技术研究

2017年11月赤峰学院学报（自然科学版）

JournalofChifengUniversity（NaturalScienceEdition）Vol.33No.11Nov.2017

预应力混凝土T梁桥体外预应力加固技术研究张昊男袁陈英昊袁何

渊长安大学

摘

磊袁徐

西安

岳

710064冤

公路学院袁陕西

要院目前体外预应力法加固装配式预应力简支T梁桥袁主要受限于设计理念尧转向装置尧锚固系统还未达到成熟应

用的水平.本文基于实例工程袁研究了体外束布束方式对结构性能的提升效果袁对预应力加固体系中的转向装置进行了细部应力分析袁验证了所提出构造的合理性袁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.

关键词院预应力简支T梁曰桥梁加固曰体外预应力中图分类号：U445.71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等优势[1]，广泛应用于我国20~50m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黄侨[2]等提出了一种实用的体外预应力筋极限应力计研究，

张继文[3]对体外预应力加固普通钢筋混凝土简支梁算公式；

沈颖坤[4]对采用体外预应力加固的的作用机理进行了分析；框架梁结构内力变化进行了分析.

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本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

设计荷载为：汽－13，实桥工程为安康汉江大桥，拖－60.上部结构为简支T梁，每孔由4片长33m预应力混凝土梁宽2.20m，高1.70m.T梁组成，

桥梁主要存在的问题为：桥梁运营期间出现的主要病害为结构渗水侵蚀，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

同体外预应力加固技术可以减小施工对交通的影响，收稿日期院2017-09-20

-19-2

3.3图13.2.2

有限元模型三维视图荷载工况

计算时按下列两种荷载工况考虑：

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.

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荷载工况都保持在较低的水平，而角隅处应力集中较明显，

图2

斜束锚板

文献标识码：A

文章编号：1673-260X（2017）11-0129-02

具有较好的加固效果.故对于安康汉时维修技术较为成熟，

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[5]，同时可以增强T梁的抗剪能力.转向装置处构造复杂，应力较为集中，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.3.23.2.1

转向装置细部受力分析模型建立

采用Midas根据转向装置细部构造尺寸，图2所示：

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

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，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Mi-dasCivil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

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II

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4574.1kN·m，公路II级作用下跨中最大弯矩为6114.7kN·m.

利用Midascivil进行截面抗力估算，跨中正截面抗力值为5056.56kN·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：

140×1860Npe-N×0.65现×0.8=6.91根

故体外预应力筋的布置采用两束4φj15.2钢绞线，钢绞线面积为140×2×4=1120mm2.4.1.4

加固效率计算

公路Ⅱ级荷载作用下基本组合效应值比汽-15作用下增加33.6%；加固前原梁承载力为5056.56kN，加固后用Mi-dasCivil计算得截面承载力为7575.42kN，承载力增加幅度为49.81%.

利用MidasCivil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.4.2

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

采用体外预应力法加固预应力简支T梁桥，具有施工

-103

-表1静载试验实测应变与理论值比较

工况

截面

测点理论值实测值校验系数22061第4跨跨中渊中载冤

138

-6116-50-141920.93-340.230.683

139-50115-400.802第4跨跨中渊偏载冤

149

-660.830.2116-68277-14-162540.920.24表2静载试验实测挠度与理论值比较

工况

截面

测点理论值实测值渊校验系数1226.09mm冤渊331.2918.97mm冤0.731

第4跨跨中渊中载冤

31.2919.610.63426.0919.510.62117.4518.970.732

第4跨跨中渊偏载冤227.9814.040.80333.8617.760.63技术成熟、交通影响小434.7721.0822.050.62等优势，

可以较好地提升结构0.63的承载能力；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中，并且具有受力明确，张拉便捷等优势；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.———————————————————参考文献院

也1页许康曦.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.

也2页黄侨,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.

也3页张继文,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.

也4页沈颖坤,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.

也5页戴亚军,李传习,曾永革.体外预应力T梁转向块合理构

造形式与配筋[J].公路与汽运,2007(1):104-107.

也6页袁用道袁祁广周袁曹青山.大跨度预应力混凝土转换梁结

构技术研究[J].湖北民族学院学报(自然科学版)袁2010渊01冤.

也7页张志新.预应力混凝土连续刚构桥底板崩裂成因及处理

方案[J].河北科技师范学院学报袁2010渊02冤.