UHPC预制梁在农村公路旧桥改造中的应用与研究.pdf

第卷 第期广 东 交 通 职 业 技 术 学 院 学 报 年月 收 稿 日 期：作 者 简 介：孙 向 东，教 授 级 高 级 工 程 师，博 士，研 究 方 向 为 桥 梁 结 构 设 计 及 理 论 研 究文 章 编 号：（）预 制 梁 在 农 村 公 路 旧 桥 改 造 中 的 应 用 与 研 究孙 向 东，许 佳 波，田 月 强（广 东 省 交 通 规 划 设 计 研 究 院 集 团 股 份 有 限 公 司，广 东 广 州；广 州 鼎 兴 土 木 科 技 有 限 公 司，广 东 广 州；广 东 建 设 职 业 技 术 学 院，广 东 广 州；中 路 杜 拉 国 际 工 程 股 份 有 限 公 司，广 东 广 州）摘要：在 我 国 交 通 基 础 设 施 建 设 大 力 发 展 的 同 时，亟 需 进 行 加 固 或 维 修 的 旧 桥 也 越 来 越 多。对 于 交 通 量 不大 但 数 量 众 多 的 农 村 低 等 级 公 路 桥 梁，问 题 尤 为 突 出。本 文 通 过 对 无 腹 筋桥 梁 设 计、受 力、造 价 等 方面 的 研 究，对 无 腹 筋桥 梁 在 农 村 旧 桥 加 固 中 的 应 用 进 行 综 合 性 评 价。关 键 词：旧 桥；无 腹 筋；设 计中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：，（，；，；，；，）：，：；（）；随 着 我 国 交 通 基 础 设 施 建 设 的 蓬 勃 发 展，桥梁 数 量 大 幅 增 加，同 时 亟 需 进 行 加 固 或 维 修 的 旧桥 也 越 来 越 多。对 于 交 通 量 不 大 但 是 数 量 众 多 的农 村 低 等 级 公 路 桥 梁，这 个 问 题 尤 为 突 出。继 续使 用 检 测 评 定 为 四、五 类 的 农 村 公 路 桥 梁 可 能 会危 及 行 人 和 车 辆 安 全，而 重 新 建 设 这 些 桥 梁 的 费用 很 高。对 于 地 方 财 政 资 金 较 紧 张 的 地 区，如 何用 较 低 的 造 价 进 行 农 村 旧 桥 的 维 修 加 固 是 摆 在 现代 桥 梁 工 程 师 面 前 的 又 一 难 题。农 村 低 等 级 公 路 桥 梁 一 般 在 跨 径 以 内，对 于 桥 梁 检 测 为 四、五 类 的 桥 梁，通 常 采 用 的 加固 方 法 就 是 全 部 拆 除 重 建。随 着 桥 梁 材 料、施 工工 艺 技 术 的 更 新，一 种 新 型 的 混 凝 土 材 料（超 高 性 能 混 凝 土，）被 用 于 桥 梁 设 计 当 中。该 类 桥 梁 可 用 于 旧桥 上 部 结 构 更 换，减 轻 下 部 结 构 荷 载，尽 量 利 用既 有 桥 梁 下 部 结 构。主 要 由 硅 灰、水 泥、细 骨 料 及 钢 纤 维 等 材 料 组 成，抗 压 强 度 通 常 在 以 上。桥 梁 具 有 自 重 轻、超 高 韧性、超 高 抗 压、抗 拉 性、超 长 耐 久 性 等 特 点。本第期孙 向 东，等：预 制 梁 在 农 村 公 路 旧 桥 改 造 中 的 应 用 与 研 究 文 针 对预 制 梁 在 广 东 省 农 村 危 桥 改 造 中 的应 用 进 行 研 究。从 设 计、受 力、造 价 等 角 度 对桥 梁 进 行 详 细 阐 述。农 村 公 路 危 桥 改 造 建 设 工 程 项 目 概 况根 据 广 东 省 农 村 公 路 危 桥 改 造 建 设 工 程 现 场调 查，大 部 分 桥 梁 跨 径 小 于，上 部 结 构 大 部分 为 钢 筋 混 凝 土 板 梁、下 部 结 构 大 部 分 为 重 力 式墩 台、扩 大 基 础。由 于 旧 桥 建 设 时 间 早，设 计 标准 较 低，经 多 年 使 用，目 前 已 经 出 现 不 少 病 害，主 要 为 上 部 结 构 梁 板 出 现 多 道 裂 缝，局 部 出 现 露筋，主 梁 承 载 力 不 满 足 现 行 规 范 的 要 求，但 桥 墩台 身 仅 外 观 出 现 少 量 裂 缝，承 载 力 情 况 良 好。这种 情 况 通 常 做 法 是 采 用 拆 除 重 建 上 部 结 构 的 方 式进 行 处 理，由 于 现 行 规 范 荷 载 等 级 较 旧 规 范 荷 载提 高，如 仍 采 用 普 通 混 凝 土 主 梁，自 重 较 原 结 构尺 寸 增 加 较 大，桥 梁 下 部 承 载 力 不 足，需 对 下 部进 行 大 范 围 处 理，施 工 繁 琐，造 价 高。为 充 分 发 挥主 梁 强 度 高、自 重 轻 的 特点，广 东 省 农 村 公 路 危 桥 改 造 建 设 工 程 采 用主 梁 替 换 原 旧 桥 主 梁，大 大 降 低 了 由 结 构本 身 的 自 重 产 生 的 恒 载，使 得 在 旧 桥 改 建 过 程中，很 好 地 利 用 原 旧 桥 下 部 结 构。对 于 需 拆 除 重建 的 桥 梁，采 用 仅 拆 除 上 部 主 梁、用 预 应 力 无 腹筋主 梁 代 替 原 上 部 主 梁、保 留 原 有 桥 梁 下部 结 构 的 形 式，以 节 省 工 程 造 价、缩 短 施 工时 间。上 部 结 构 选 型农 村 低 等 级 公 路 旧 桥 改 建 项 目 桥 梁 跨 径 大 部分 在 跨 径 以 内，为 方 便 施 工，节 省 造 价，将 跨 径 进 行 整 合。农 村 低 等 级 公 路 旧 桥 跨 径 大 致分 为类：、。根据 跨 径 将 梁 型 大 致 分 为类：左 右 及 以 下 采用型 梁，采 用型 梁。本 文 以 桥 宽 为 例，进 行 结 构 选 型 及 受 力 分 析。型 梁 左 右 及 以 下 跨 径 的 桥 梁，采 用 预 应 力 无腹 筋简 支型 梁，由片 梁（片 中 梁 和片 边 梁）组 成，梁 顶 设 置 厚混 凝土 和 厚 水 泥 混 凝 土 桥 面 铺 装。梁 采 用 预制 安 装，梁 高 ，整 跨 腹 板 厚 为。梁 施 工 采 取 单 片 梁 预 制 安 装，各 片梁 之 间 采用 湿 接 缝 连 接，在 每 个 支 点 处 设 置 一 道 端 横 隔板，横 隔 板 厚。型 梁 顶 板 采 用（根），底 部 采 用（根）。采 用 先 张 法 施 工，不 配 设 普 通 钢 筋，如 图所 示。单 位：图 简 支 转 桥 面 连 续型 梁 标 准 断 面 图 型 梁 跨 径 的 桥 梁 采 用 预 应 力 无 腹 筋简 支型 梁，由片 梁（片 中 梁 和片 边梁）组 成，梁 顶 设 置 厚混 凝 土 和 水 泥 混 凝 土 桥 面 铺 装。梁 采 用 预 制 安 装，预 制 梁 宽 度 ，梁 高 （桥 跨 梁 高 为 ，桥 跨 为 ），整 跨 腹 板 厚 为。梁 施 工 采 取 单 片 梁 预 制 安装，各 片梁 之 间 采 用 厚 预 制板 连接，在 每 个 支 点 处 设 置 一 道 端 横 隔 板，横 隔 板 厚。顶 板 采 用 （束），底 部 采 用 （束）。采 用 后 张 法 施 工，不 配 设 普通 钢 筋，如 图所 示。单 位：图 简 支 转 桥 面 连 续型 梁 标 准 断 面 图（梁 高 以 桥 跨 为 例）上 部 结 构 受 力 分 析本 文 采 用 桥 梁 通 用 有 限 元 软 件对 上 部主 梁 进 行 建 模 分 析。左 右 及 以 下 采 用型 梁，采 用型 梁，桥 宽 为 ，依 据 广 东 省 公 路 学 会 团 体 标 准 无 腹 筋 预 应 力 超高 性 能 混 凝 土 梁 桥 技 术 规 范 （，以 下 简 称 团 体 标 准），进 行 结 构 受 力 分析，计 算 参 数 按 照相 关 参 数 选 取。持 久 状 况 承 载 能 力 极 限 状 态 计 算 持 久 状 况 构 件 的 承 载 能 力 计 算无 腹 筋 预 应 力 超 高 性 能 混 凝 土 构 件 一 般 采 用无 明 显 屈 服 台 阶 的 预 应 力 钢 筋，构 件 破 坏 时 超 高性 能 混 凝 土 和 钢 筋 已 进 入 材 料 弹 塑 性 阶 段，钢 筋的 极 限 应 力 精 确 值 需 要 通 过 其 应 力 应 变 曲 线 进 行 广 东 交 通 职 业 技 术 学 院 学 报第卷确 定。正 截 面 抗 弯 承 载 力 验 算：（）斜 截 面 抗 剪 承 载 力 验 算无 腹 筋 预 应 力 超 高 性 能 混 凝 土 构 件 斜 截 面 抗剪 承 载 力 按 下 式 计 算：（）无 腹 筋 预 应 力 超 高 性 能 混 凝 土 构 件 斜 截 面 抗剪 承 载 力 由 超 高 性 能 混 凝 土 基 体 抗 剪 承 载 力 设 计值、构 件 斜 截 面 上 纤 维 抗 剪 承 载 力 设 计 值、构 件斜 截 面 上 预 应 力 弯 起 钢 筋 抗 剪 承 载 力 设 计 值 三 部分 构 成。（）持 久 状 况 正 常 使 用 极 限 状 态 计 算构 件 正 截 面 的 拉 应 力 应 满 足 下 列 抗 裂 要 求：构 件 斜 截 面 的 主 拉 应 力 应 满 足 下 列 抗 裂要 求：无 腹 筋 预 应 力 超 高 性 能 混 凝 土 梁 体 的 承 载 能力 验 算 和 抗 裂 验 算 结 果 见 表。表持 久 状 况 构 件 承 载 力 验 算 和 斜 截 面 抗 裂 验 算 结 果跨 径 计 算 最 大 弯矩 值（）抗 弯 承 载 力值（）计 算 最 大剪 力 值 抗 剪 承 载力 值 计 算 最 小压 应 力 最 小 压 应 力团 体 标 准 允许 值 计 算 最 大 主拉 应 力 最 大 主 拉 应力 团 体 标 准允 许 值 从 上 述 计 算 可 以 看 出，各 跨 径主 梁 抗弯、抗 剪 承 载 能 力 验 算 均 满 足 团 体 标 准 要 求。同时 为 方 便 施 工，减 少 模 板 与 梁 的 种 类，跨 径 均 采 用 同 种 梁 高，仅 预 应 力 配 束 不 同，所 以对 于 小 于 跨 径 的型 梁，抗 弯、抗 剪 承 载 力富 余 较 多。各 跨 径主 梁 正 截 面 抗 裂、斜 截面 抗 裂 验 算，满 足 团 体 标 准 要 求。持 久 状 况 和 短 暂 状 况 构 件 的 应 力 计 算无 腹 筋 预 应 力 超 高 性 能 混 凝 土 构 件 进 行 持 久状 况 设 计 时，应 计 算 其 使 用 阶 段 构 件 的 正 截 面 法向 压 应 力、受 拉 区 预 应 力 钢 筋 的 拉 应 力 和 斜 截 面主 压 应 力。计 算 时 作 用 取 其 标 准 值，汽 车 荷 载 效应 考 虑 冲 击 作 用。持 久 状 况 构 件 的 应 力 计 算（）使 用 阶 段 无 腹 筋 预 应 力 超 高 性 能 混 凝 土受 弯 构 件 截 面 的 最 大 压 应 力，应 符 合 下 列 要 求。正 截 面 最 大 压 应 力：最 大 主 压 应 力：（）使 用 阶 段 无 腹 筋 预 应 力 超 高 性 能 混 凝 土构 件 预 应 力 钢 筋 的 拉 应 力，应 符 合 下 列 要 求：，持 久 状 况 正 常 使 用 阶 段 正 截 面 砼 压 应 力、斜 截面 主 压 应 力、预 应 力 钢 筋 拉 应 力 验 算 结 果 见 表。从 计 算 结 果 可 以 看 出，在 持 久 状 况 正 常 使 用 阶 段，各 跨 径主 梁 正 截 面 应 力、斜 截 面 主 压 应 力、预 应 力 钢 筋 拉 应 力 验 算 均 满 足 团 体 标 准 要 求。短 暂 状 况 构 件 的 应 力 计 算无 腹 筋 预 应 力 超 高 性 能 混 凝 土 构 件 按 短 暂 状表持 久 状 况 正 常 使 用 阶 段 验 算跨 径 计 算 最 大 正 截面 压 应 力 最 大 正 截 面 压 应 力团 体 标 准 允 许 值 计 算 最 大 主压 应 力 最 大 主 压 应 力 团 体标 准 允 许 值 计 算 钢 筋 最 大应 力 钢 筋 最 大 应 力 团 体标 准 允 许 值 第期孙 向 东，等：预 制 梁 在 农 村 公 路 旧 桥 改 造 中 的 应 用 与 研 究 况 设 计 时，应 根 据 构 件 的 预 制、运 输、安 装 和 维 护等 工 况，考 虑 结 构 自 重 和 可 能 出 现 的 荷 载 按 标 准 值（除 有 特 别 规 定 外）组 合（荷 载 分 项 系 数 取）。在 预 应 力 和 构 件 自 重 等 施 工 荷 载 作 用 下 截 面边 缘 超 高 性 能 混 凝 土 的 法 向 压 应 力 应 符 合 下 列要 求。在 预 应 力 和 构 件 自 重 等 施 工 荷 载 作 用 下，截面 边 缘 超 高 性 能 混 凝 土 的 最 大 拉 应 力 应 符 合 下 列要 求。短 暂 状 况（张 拉 阶 段）构 件 应 力 验 算 结 果，如 表所 示。从 计 算 结 果 可 以 看 出，各 跨 径主 梁 在 张 拉 阶 段 应 力 验 算 均 满 足 团 体 标 准要 求，且 富 余 较 大。表短 暂 状 况（张 拉 阶 段）构 件 应 力 验 算跨 径 计 算 最 大 压应 力 最 大 压 应 力团 体 标 准 允许 值 计 算 最 大 拉应 力 最 大 拉 应 力团 体 标 准 允许 值 农 村 公 路 危 桥 改 造 建 设 工 程 经 济 性 分 析参 照 广 东 省 交 通 运 输 厅 咨 询 中 心 下 发 的 桥 梁上 部 结 构 标 准 图 和 广 东 省 农 村 公 路 危 桥 改 造 建 设工 程 中 实 际 应 用 的桥 梁 图 纸，在 不 考 虑 下部 拆 除 情 况 下，对、等 跨 径仅 进 行 上 部 结 构（不 含 护 栏、桥 面 铺 装）造 价 比较，如 表所 示。表普 通 混 凝 土 结 构 与结 构 造 价 对 比跨 径 普 通 混 凝 土 结 构 与结 构单 价（元）现浇 板空心 板小箱 梁 型 梁 型 梁与普 通 混 凝土 结 构 造价 比 值 通 过 传 统 普 通 混 凝 土 结 构 和结 构 造 价的 对 比 分 析 可 知，上 部 结 构 采 用结 构 与 采用 传 统 普 通 混 凝 土 结 构 时，如 仅 对 比 上 部 结 构，结 构 造 价 略 高 于 传 统 普 通 混 凝 土 结 构。如考 虑 按 现 行 桥 梁 相 关 规 范 采 用 混 凝 土 小 箱 梁，农村 桥 原 下 部 结 构 由 于 上 部 恒 载 增 加 较 大，将 不 能满 足 受 力 需 求，需 要 对 下 部 结 构 拆 除 重 建；但 若上 部 结 构 采 用材 料，自 重 大 大 减 轻，可 仅对 桥 梁 下 部 构 造 进 行 简 单 加 固 或 者 不 加 固，不 需要 拆 除 下 部 结 构，将 节 省 桥 梁 下 部 拆 除 重 建 的 费用，从 而 大 大 节 省 项 目 整 体 的 工 程 造 价。农 村 公路 危 桥 改 造 建 设 工 程 采 用结 构，综 合 上 下部 总 体 工 程 量，造 价 将 略 低 于 普 通 混 凝 土 结 构。结 语广 东 省 农 村 公 路 危 桥 改 造 建 设 工 程 充 分 发 挥了主 梁 强 度 高、自 重 轻 的 特 点，对 于 需 拆除 重 建 的 桥 梁，采 用 仅 拆 除 上 部 主 梁、用 预 应 力无 腹 筋主 梁 代 替 原 上 部 主 梁、保 留 原 有 桥梁 下 部 结 构 的 形 式，有 效 地 节 省 了 工 程 造 价、大大 缩 短 桥 梁 维 修 改 造 的 施 工 时 间。同 时材 料 耐 久 性 好，在 运 营 过 程 中，桥 梁 基 本不 需 要 进 行 维 护，较 传 统 普 通 混 凝 土 结 构 养 护 维修 成 本 也 大 大 降 低。采 用桥 梁 进 行 危 旧 桥改 造，能 够 有 效 解 决 目 前 农 村 公 路 交 通 需 求 逐 年上 升，地 方 维 修、养 护 资 金 压 力 大 的 问 题。本 文对桥 梁 在 农 村 桥 改 造 中 的 应 用 分 析，对 中小 跨 径 桥 梁 设 计 的 结 构 选 型 有 一 定 借 鉴 意 义。参 考 文 献：孙 航 行，周 建 庭，徐 安 祺，等 加 固 技 术 在 桥 梁 工程 中 的 研 究 进 展 混 凝 土，（）：田 月 强，杜 钊，罗 宏 伟，等超 高 性 能 混 凝 土 预 制 桥 梁 在广 东 农 村 公 路 旧 桥 改 造 工 程 中 的 应 用 广 东 公 路 交通，（）：广 东 省 公 路 学 会无 腹 筋 预 应 力 超 高 性 能 混 凝 土 梁 桥技 术 规 范：孙 向 东，马 玉 全，田 月 强超 高 性 能 混 凝 土 桥 梁 设 计 与施 工 关 键 技 术 问 题 探 讨 广 东 公 路 交 通，（）：