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跨赤大联络线桥加固工程加固方案

2015-04-16　

 　　

 　　1.1 工程概述

 　　赤峰至大板至白音华新建地方铁路工程上跨赤大高速连接线特大桥主桥（以下简称：跨赤大联络线桥）为31.5m+50 m +31.5m的三跨预应力混凝土连续梁桥，桥宽3.9m，为单线铁路桥，位于直线上。主梁为变截面三跨连续梁，端支点及跨中梁高2.5m，中支点处梁高3.5m。该桥主跨预应力混凝土连续梁，采用满布支架法施工。横截面为单箱单室，箱梁底宽2.68m，顶板宽3.9m，顶板厚30cm，腹板厚35～50cm，底板厚25～50cm。采用圆端型重力式墩，钻孔桩基础。该桥采用满布支架法施工。

 　　该桥由石家庄铁道学院于2007年8月进行了静载试验。静载试验报告表明：试验过程中，发现主梁挠度过大，表明结构刚度偏小；且中跨跨中出现受力横向裂缝，不满足《铁路桥梁检定规范》中的相关规定。认为跨赤大联络线桥必须进行加固处理合格后，才可以正常开通。经研究分析，决定采用体外预应力加固方法对该桥进行加固处理。

 　　1.2 体外预应力加固设计方案简述

 　　对于体外预应力加固方法，不同的布筋形式影响着加固效果的优劣。通过对不同布筋方案的对比，考虑到邻跨桥梁已经架设，梁端无法实施张拉，须将体外束的张拉端放在梁体箱室之内。经综合分析，最后确定的体外预应力布置形式如图1.1所示。

 　　

 　　图1.1 体外预应力布置立面图（半跨，单位cm）

 　　新增的体外预应力束为2股19-φj15.2的钢绞线，在箱室内对称布置。

 　　体外预应力加固除了要满足结构整体受力性能的要求外，尚需满足一些细部的构造和受力要求，例如转向区（图1.2）、锚固区（图1.3）等。

 　　

 　　图1.2 跨中截面体外预应力布置图（单位cm）

 　　

 　　图1.3 体外预应力端部锚固截面示意图（单位cm）

 　　建立有限元模型，模拟体外预应力张拉过程，若体外束按控制应力0.50fpk张拉，加固后，桥梁中跨跨中截面底板应力为压应力，大小约为2.88MPa，中跨跨中挠度向上4.22mm。

 　　2 加固现场实施情况

 　　2.1 体外预应力体系新增构件

 　　体外预应力体系新增构件主要包括：端部现浇锚固块、墩顶转向构造及中跨和边跨转向块。

 　　（1）端部现浇锚固块

 　　因张拉空间的限制，不能在梁端张拉新设的体外预应力束。解决方法是在离梁端一定距离处新做混凝土锚固块。在确保不破坏原结构预应力束的条件下，采用植筋技术及在新旧混凝土接触面凿出剪力槽，通过现浇锚块与底板及腹板的剪切摩擦来承受体外索张拉力。植筋包括两方面的内容：①在箱梁底板与腹板交接处植入直径为20mm的HRB335钢筋；②在箱梁底板与腹板交接处各布置2根80×50×6的不等边角钢，并通过置入M16的膨胀螺栓与原结构相连。并把附近新绑扎的钢筋与角钢焊接。

 　　

 　　图2.1 端部现浇锚固块照片

 　　（2）墩顶转向构造

 　　墩顶横隔板是天然的转向块，需要在横隔板上凿孔，埋设体外预应力束转向管道。

 　　

 　　图2.2 墩顶转向照片

 　　（3）中跨和边跨转向块

 　　为了实现体外索的设计线形和传力，需要在两个边跨和中跨跨中位置设置转向块。

 　　通过现浇混凝土横隔板来实现体外束的转向。为抵抗体外束在转向处的上拔力，需要在箱梁底板和腹板上植筋。

 　　边跨转向块与梁端锚固块相距较近，因而把二者连成整体，如下图所示。

 　　

 　　图2.3 边跨转向块照片

 　　但在实际穿束过程当中，发现既有腹板预应力束齿块与新增体外预应力筋有少量重叠，为了让体外预应力平顺过渡，尽量减小加固对既有结构的影响。在腹板齿块表面设置横向转向块，使体外束存在小的侧面转向，实际情况如下。

 　　

 　　图2.4 体外束横向转向照片

 　　体外预应力体系新增构件，严格按照《跨赤大联络线桥加固设计计算书》中的要点及要求施工，施工质量良好。

 　　2.2 体外预应力体系

 　　桥梁加固用体外预应力体系，采用柳州OVM产品，所用材料列于下表。

 　　表2.1采用的体外预应力体系

 　　

体外索	锚具	转向器
OVM-S4 单根无粘结环氧喷涂钢绞线	OVM.A15-19	分体式转向器

 　　（1）体外预应力筋

 　　推荐选用单根无粘结环氧喷涂低松弛钢绞线，该类型的索体属于无灌浆型，可拆卸替换，可随时检测自由段的索体情况。

 　　（2）锚具

 　　推荐选用可进行单根换索的体外预应力筋专用锚具。

 　　

 　　图2.5 体外束锚具照片

 　　（3）转向器

 　　推荐采用分体式（分丝管式）转向器，该类型的转向器能够钢绞线与钢绞线位置的平行，每根钢绞线受力均匀，防止钢绞线之间的相互挤压，减小钢绞线与转向器之间的磨损，并可以进行单根换索。

 　　

 　　图2.6 OVM分体式转向器照片

 　　2.3 体外预应力张拉施工

 　　体外束张拉前，先对体外预应力筋逐束预紧，预紧后，再逐束张拉到预定张拉值。体外预应力束预紧情况如下图所示。

 　　

 　　图2.7 体外束预紧照片

 　　由于体外束张拉施工前散落在箱梁室内，为了顺利将体外束预紧，防止体外束之间相互绞合，应按一定顺序进行张拉预紧。张拉顺序，如下图所示。

 　　2.4 体外预应力张拉过程应力及挠度

 　　体外束张拉监测分应力监测及挠度监测两部分，应力由外贴应变计测量，布置于箱梁体内，受外界影响较小。挠度由百分表量测。

 　　应力及挠度测点编号及位置，如下图所示。

 　　

 　　图2.9 应力及挠度测点布置图

 　　应力及挠度测点测试规则为：中跨跨中截面应力及中跨跨中挠度逐束测量。

 　　2.4.1 跨中截面应力变化情况

 　　逐束张拉体外预应力束，每张拉一束通过外贴应变计记录桥梁跨中截面应力情况如表2.2示，跨中截面应变计测点照片及位置示意图，如图2.10及2.11示，应力变化趋势如图2.12示。

 　　由表可见，中跨跨中截面底板压应力实测值为2.59MPa，而理论计算值为2.88 MPa压应力值。

 　　

 　　图2.10 跨中截面应力测点照片

 　　表2.2 跨中截面实测累计应力值（单位：MPa）

 　　

张拉进程	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
张拉进程	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
张拉进程	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
张拉进程	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
张拉进程	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
张拉进程	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
张拉进程	第37束	第38束
跨中截面	-2.56	-2.59
跨中实测应力	-2.59
理论计算应力	-2.88

 　　注：截面应力以压应力为负，拉应力为正。

 　　

 　　图2.12 跨中截面累计应力图

 　　2.4.2 跨中挠度变化情况

 　　在桥梁中跨跨中处焊接钢筋，钢筋垂至地面，在地面安放百分表测量中跨跨中挠度变化。

 　　在钢筋上系重物以减小细长钢筋受外界影响而过大摆动，以保证测量精度。挠度测量现场如下图所示。

 　　

 　　图2.13 跨中挠度测试照片

 　　逐束张拉体外预应力束，每张拉一束通过百分表记录桥梁跨中挠度变化情况，如表2.3所示。

 　　由表可见，中跨跨中挠度实测挠度值为向上拱起3.54mm，而理论计算值为向上4.22mm，说明实际桥梁刚度略大于理论刚度。

 　　表2.3 逐束挠度变化值（单位：mm）