通车条件下加固连续梁桥成套技术的应用.pdf

安徽建筑中图分类号：TU448.21+5文献标识码：A文章编号：1007-7359（2023）5-0147-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.5.055随着交通运输行业的快速发展，交通量和交通荷载日益增长。旧桥承载力和时代适用性都难以满足当前日益增长的运输形势的需要，桥梁结构安全性和耐久性面临着巨大挑战。1概述1.1项目概况本文依托的某高架桥加固项目全长1055.16m，单 幅 桥 宽 组 合 为 0.5m+15.75m+1.0m，上部结构型式为1（425）m+1（28.0+235.0+28.0）m+2（425）m+1（28+235.0+28.0）m+5（425）m 的预应力混凝土连续空心板梁，为盆式橡胶式支座；下部结构的桥台为多柱框架式，桥墩采用双柱实心薄壁式，基础采用钻孔灌注桩。设计荷载为汽超-20，挂-120。图1上部标准横断面图1.2病害特征及维修情况随着通车时间的增长以及车流辆的不断增加，某高架桥部分梁底出现了不同程度的横向裂缝，跨中部分最为明显。具体如图2所示。为保证桥梁运营安全，该桥左幅桥22#孔早于2019年进行加固维修，维修设计釆用腹板体外预应力加固+底板预应力碳纤维板组合加固方案。其中，体外预应力索由于具备主动加固的特点，使之在旧桥加固中被广泛应用，以求主动提升桥梁结构的承载力、抗裂性能、刚度等2，常见加固措施见表1。本文结合京台高速某高架桥 2019年养护维修加固项目，查阅相关资料，通过模型计算分析、试验以及工程实例，针对该桥右幅桥22#孔提出了高强钢丝联合体外预应力钢束加固预应力连续梁的组合加固方案。其中，高强钢丝加固是首次应用到预应力连续梁桥的加固中，高强钢丝的张拉、锚固以及防腐加固新技术是一种全新的桥梁加固方案。桥梁加固施工全过程监控更是创造性地应用到连续梁桥的施工加固过程中，通过对桥梁同一位置加固前、加固中以及加固后车辆荷载作用下的应变、变形、裂缝等结构相应进行比较，根据结果的差异进行分析，推测结构损伤的程度，从而确定初始张拉力，并根据现场实时监控数据动态调整张拉力，使得桥梁加固后能够满足设计规范的相关要求。2加固方案2.1加固方案概述在 R-22 孔梁底板采用 7mm 高强钢丝，其抗拉强度 fpk=1570MPa，弹性模量 205GPa，张拉控制力取0.7fpk。图3高强钢丝加固设计平面图在R-22孔梁腹板外侧采用的方案为体外预应力束加固，采用环氧涂覆型无 粘 结 成 品 索 作 为 钢 绞 线，fpk=1860MPa，张拉控制应力参照 体外预应力钢束张拉参数表，体外束采用单端张拉，共设置4束，每处腹板各一束，分批次张拉。通车条件下加固连续梁桥成套技术的应用庞学冬1，蒋洁1，曹宏波2，蒋毫2（1.山东高速股份有限公司，山东济南250000；2.山东省路桥集团有限公司，山东济南250000）摘要：我国现有桥梁已超80万座，随着使用年限的增长，旧桥承载力不足、疲劳损坏等问题已逐渐显露出来。因此，我国桥梁建设基调也从新桥建设转变到对既有桥梁的维修加固，现阶段，旧桥加固研究已成为桥梁研究领域的热点1。目前，旧桥加固的主要措施有粘贴钢板、增大截面及配筋、增设体外预应力索等。其中，因体外预应力索具有主动加固、受力明确、便于替换等优势被广泛应用，但在实际工程中的应用效果仍具有一定局限性。为进一步优化体外预应力束加固体系，文章针对京台高速某高架桥桥梁疲劳损坏、承载能力受损等问题，采用高强钢丝联合体外预应力束的组合型加固措施对受损跨进行加固。在通车条件下通过对施工全过程监测结果，验证此类加固体系在实际工程应用中的可行性和有效性。关键词：桥梁加固；高强钢丝；体外预应力束；施工全过程监控作者简介：庞学冬（1975-），男，河北武强人，毕业于西安公路交通大学，本科，高级工程师。专业方向：路桥养护管理。图2R-22-1#梁底板贯通横缝加固措施增大截面及配筋粘贴碳纤维板体外预应力索类型被动加固被动加固主动加固挠度控制一般较差较好刚度提升较好较差一般承载力提升较好一般大幅度施工难度困难容易一般交通影响一周左右12天几小时表1常用加固措施对比表交通工程研究与应用147安徽建筑图4体外预应力束平面布设图图5体外预应力束横断面布设图2.2 通车条件下施工全过程监控原理通过对同一联同类型桥跨相同位置进行监测，并对车辆通行时产生的荷载作用下的结构响应，包括应变、裂缝等因素，对比结果后找出差异，通过分析推测出结构损伤程度3。图6施工全过程监控原理2.3 测点布置2.3.1裂缝测点主梁裂缝测点布置共 6 处，R-22#孔跨中两片现浇板底板横缝位置，内腹板沿粱高布置两处，裂缝传感器骑缝布置，测点布设位置如图7所示。图7裂缝测点布设图2.3.2应变测点各控制截面布设应变测点均为 6个，现浇板底板位置各3个，同时在截面布设温度补偿测点1个。各测点布设位置一致，共设置3个截面。应变测点布设位置参考图8所示。图8应变测点截面布设图2.3.3挠度测点在梁底板布设挠度测点，各控制截面布设测点各位均为6个，两处现浇板底板3个，挠度测点具体布设位置见图9。3检测结果分析3.1裂缝检测结果选择高峰期时段对车辆通行情况进行统计，见表2。桥梁进行加固之前，引起裂缝宽度发生变化的大多为货车，通过监测结果发现裂缝变化量最大值达到0.024mm；张拉预应力高强钢丝后，情况有所改善，但多数大货车经过时，裂缝宽度仍然会发生变化；当张拉完50%75%体外束后，虽存在部分大货车经过时裂缝宽度发生变化的情况，但变化数值明显减小，最大值仅为0.009mm。此外，由于大货车多于右侧车道通行，数值波动多存在于大车车道；在体外预应力束加固完成后，车辆通过测点时，裂缝宽度变化数值均为 0，仅当少数重载货车或多辆货车并排行驶时，裂缝宽度才有所变化，但裂缝 宽 度 波 动 很 小，最 大 值 仅 为0.003mm。通过检测张拉高强钢丝以及不同程度张拉体外预应力束后产生的扰动频率，得到扰动频率变化曲线，如图11。加固前到加固完成后共 5个阶段，进行了5次监测，各阶段车辆通行数及裂缝宽度波动次数经记录后换算成扰动频率，即扰动频率=扰动次数/总车辆通过数100%。由图11可知，随着各加固阶段的进行，产生扰动的频率逐渐下降，桥梁加固完成后，扰动频率由最初的78%降为20%左右，桥梁受力性能及耐久性得到明显改善。加固完成后，在正常交通量条件以及车辆荷载条件下，梁体全截面承受车辆荷载的作用力，在预压力的作用下梁体不会产生裂缝。3.2 应变检测结果经梁底应变检测及数据采集，体外预应力束张拉完成后，梁底平均压应变增 量-28.82，压 应 力 储 备 增 量 为0.925MPa，与理论值相匹配。张拉应变数值表如表3。张拉体外预应力束过程中，平均压应变增量-28.82，梁底压应力储备增图9挠度测点截面布设图图10现场试验节点张拉前张拉高强钢丝张拉50%张拉75%张拉100%车辆数（辆）36131425067出现数值波动（次）2895201716裂缝变化量0.01（次）2034000裂缝变化量Max（mm）0.0240.0250.0090.0060.003表2加固前后典型时段车流及裂缝数据统计张拉结点张拉50%张拉75%张拉100%平均应变增量（）-11.528-23.120-28.820平均应力增量（MPa）-0.370-0.701-0.925理论应变增量（）-13.294-22.523-29.774理论应力增量（MPa）-0.427-0.722-0.956表3预应力张拉应变数值表注：表中负表示压，正表示拉。表4加固预压力产生的压应变与车辆荷载产生的拉应变对比表项目应变（）应力（MPa）预压力产生-60.1-1.93车辆荷载产生45.11.51梁底理论计算值-15.0-0.42图11不同张拉阶段扰动频率曲线图交通工程研究与应用148安徽建筑量为-0.925MPa，基本符合理论值的计算结果。结合张拉高强钢丝产生的预压力，整套加固体系预压力产生的压应变变化量与车辆荷载作用下产生的拉应变进行比较。结果见表4，前者作用下，梁底产生1.93MPa预压应力，大于测量过程中得到的车辆荷载产生的最大拉应力1.51MPa。由此可知，加固完成后，在正常交通量条件以及车辆荷载作用条件下，梁底不产生拉应力。3.3 挠度检测结果加固桥跨所在第六联为 425m 现浇空心板，21#23#号墩为固结墩，其中R-21#跨为边跨，R-22#跨与R-23#跨为中间跨；R-22#跨为加固跨，选择R-23#跨、R-21#跨为对比跨，R-23#跨上部结构构造、配筋与加固跨相同，故R-23#为标准对比跨。注意挠度数据采集时应挑选无前后其他车辆干扰（无超车、错车等情况）的数据进行分析，以保证车辆荷载一致。通过对加固跨及对比跨挠度进行比较，得到22#与23#、22#与21#跨的挠度对比曲线图。由图 12 可知，桥梁加固前，因 22#为受损跨，在施加荷载后，产生的挠度比其余两跨桥梁挠度值大，多次检测挠度数值的比值基本大于100%。桥梁加固完成后，加固跨产生的挠度接近对比跨，产生挠度平均值为23#的97.1%、21#跨的 93.2%，结构刚度有显著提高。采用体外预应力加固后，梁板压应力的储备有 所 增 加，控 制 截 面 承 载 力 明 显 提高4-5。4结论桥梁采用高强钢丝联合体外预应力束加固后，梁体受力性能有明显改善。梁体全截面承受车辆荷载的作用力在正常交通量条件以及车辆荷载条件下梁体不会产生裂缝。对桥梁进行加固后，因体外预应力束提供了额外预应力，在正常交通量条件以及车辆荷载作用条件下，梁底不产生拉应力。对桥梁进行加固后，整体刚度明显提髙，加固跨刚度已经接近其对比跨的刚度，能够满足相关设计标准的要求。通车条件下，通过施工全过程监控技术，可以在不确定预应力损失量的情况下，确保加固效果的可行性，减少因封闭交通带来的损失，降低施工难度，节约经济成本。综上所述，在通车条件下采用高强钢丝联合体外预应力组合加固方式能达到预期加固效果，可以满足原设计标准的相关要求，同时节约资金，降低了施工难度，因此在预应力连续梁桥的加固过程中可以进行推广及应用。参考文献1李捷.高强钢丝碳纤维复合体外预应力索加固连续梁桥研究D.哈尔滨工业大学,2018.2蒋伟,崔海.体外预应力加固桥梁的荷载试验评定研究J.中外公路,2017,37(02):85-88.3赵庆云,张运清,孟涛,等.基于不中断交通伴随监测的桥梁加固评价研究J.公路,2019,64(05):79-83.4王锋,雷丹,柯亮亮.体外预应力加固连续刚构桥的工程应用研究J.公路交通科技(应用技术版),2020,16(07):165-168.5梁夏莉,宋宁,周卫,等.变截面连续箱梁加固设计C.全国公路科技创新高层论坛.2002.图12加固跨与对比跨加固前后挠度对比图5结论同步注浆前应根据隧道地质条件进行浆液配比试验，选择不易离析、流动性强、结石率高、初凝速度适当的材料。不可追求操作方便、避免堵管而随意提高粉煤灰掺量，尤其当地下水充沛时，同步浆液中应设定最低水泥掺量限值。盾尾拱肩、拱腰左右两侧同步注浆管压力应分别设定。一般情况下，拱肩两侧注浆管压力可高于土仓压力0.100.15MPa，拱腰两侧注浆管压力可高于土仓压力 0.150.20MPa，最大同步注浆压力不宜高于 0.40MPa。注浆采用“注浆压力”和“注浆量”双控指标，达到设计值95%即认定注浆合格。二（多）次注浆距离盾尾越近效果越明显，但是考虑到距离过近可能击穿盾尾刷、阻断同步注浆管道，因此选在盾尾5环以后进行注浆综合效果较好。二（多）次注浆参数应与盾构掘进速度匹配，每掘进一环用时30min，设备的注浆能力应不低于45L/min，注浆压力 2MPa，浆液凝固时间控制在 15s 以内。参考文献1方江华,姜平伟,郭朋亮,等.富水砂层大断面暗挖隧道施工地层演化J.科学技术与工程,2021,21(20):8621-8628.2程乔.复合地层盾构姿态纠偏与隧道成型质量控制J.铁道建筑技术,2021,(03):117-120+127.3有智慧,李雪,霍鹏,等.城市轨道交通盾构同步注浆国内外现状及发展J.都市快轨交通,2020,33(04):72-83.4江泽礼,王江卡.岩石地层盾构施工技术研究J.施工技术,2018,47(S4):1494-1497.5杨喜,朱颖.盾构隧道下穿高铁桥梁安全影响分析J.水利与建筑工程学报,2018,16(06):212-218.6丁宇能.盾构隧道壁后注浆材料物理力学性质试验研究D.东南大学,2017.7赵军.盾构隧道同步注浆压力分布模式及地层变位研究D.深圳大学,2016.（上接第138页）交通工程研究与应用149