【摘 要】 預(yù)應(yīng)力混凝土彎橋在公路及城市道路中廣泛采用,但是近年來(lái)這類(lèi)橋梁在使用過(guò)程中出現(xiàn)不少病害。通過(guò)工程實(shí)例,分析彎橋的病害原因,并具體介紹處理辦法。
【關(guān)鍵詞】 預(yù)應(yīng)力; 混凝土彎橋; 病害; 徑向作用; 頂升; 加固
1 概 況
廣東省某互通D匝道橋全橋長(zhǎng)383 m (上跨C匝道及主線) ,橋?qū)?0 m,孔跨布置為3 ×20 + 3 ×20 + (20 + 20 + 24 +14) + 3 ×20 + 3 ×20 + 3 ×20 (m)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。3×20 m聯(lián)跨的梁高為1.1 m, 20 + 20 + 24 + 14 (m)聯(lián)跨的梁高1.4 m。連續(xù)梁頂?shù)装搴穹謩e為0.25 m、0.20 m (底板在暗橫梁附近變厚至0.4 m) ,單箱單室,箱底寬5.0 m,兩側(cè)懸臂均為2.5 m;箱梁腹板為直腹板,跨中腹板厚0.4 m,支點(diǎn)腹板厚0.6 m。中、端橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),并在每跨設(shè)置了兩道中橫隔板。主梁梁體采用C50混凝土,整體現(xiàn)澆施工。全橋平面位于R = 250 m、100 m、160 m的圓曲線及緩和曲線上,見(jiàn)圖1。
橋墩均采用獨(dú)樁獨(dú)柱形式,墩身為1.0 m ×1.5 m的矩形。聯(lián)跨間交接墩設(shè)置托盤(pán),橫向設(shè)雙支座,支座間距2.5m,對(duì)應(yīng)樁徑<1.80 m;其他橋墩(中墩)設(shè)單支座,沒(méi)有托盤(pán),對(duì)應(yīng)樁徑<1.50 m。交接墩與中墩有不同的配筋率。樁底嵌入弱風(fēng)化基巖2 m以上,柱高7～14 m樁長(zhǎng)為6～22 m。
由于本橋位于曲線上, 7、8、9、11、12號(hào)橋墩向曲線外側(cè)設(shè)偏心15 cm。支座均采用GPZ( Ⅱ)型盆式橡膠支座,限制徑向位移。墩柱采用C30混凝土,樁基及樁帽采用C25混凝土。
該橋于2005年4月完成連續(xù)梁及防撞墻的施工,橋面鋪裝尚未施工,由于4月份連續(xù)高溫,發(fā)現(xiàn)該橋有扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,第3、4聯(lián)外側(cè)略有下降,內(nèi)側(cè)略有上翹,交接墩內(nèi)側(cè)支座有脫空。
2 問(wèn)題分析
采用ANSYS空間軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。預(yù)應(yīng)力部分完全按空間力學(xué)考慮, 計(jì)算分析過(guò)程按照實(shí)際施工情況進(jìn)行考慮, 即澆注主梁混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、施工防撞墻、橋面鋪裝、使用、運(yùn)營(yíng)階段(包括升降溫、日照、沉降差、活載) 。橋墩納入空間計(jì)算模型。表1、表2是按原設(shè)計(jì)計(jì)算的支座反力。
從表1、表2的計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出,第3聯(lián)和第4聯(lián)在活載作用下會(huì)發(fā)生梁體扭轉(zhuǎn)失穩(wěn),需要進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。還可以分析出,預(yù)加力和頂板升溫是支座脫空、梁體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)的主要原因:
(1)梁體上下緣溫差會(huì)使梁產(chǎn)生翹曲變形,直接表現(xiàn)就是支座脫空。
(2)預(yù)加力徑向分量對(duì)梁的扭轉(zhuǎn)作用。鋼束任意段上預(yù)加力徑向分量與該段到結(jié)構(gòu)重心的距離之積就是該段預(yù)加對(duì)梁的扭轉(zhuǎn)作用[ 1 ]?；钶d的曲線外側(cè)偏載作用是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足的承載要求。另外,原設(shè)計(jì)的橋墩本身橫向強(qiáng)度不足,不能承受活載離心力。
3 橋梁加固
加固方案要能解決支座脫空問(wèn)題,并使結(jié)構(gòu)能夠長(zhǎng)期、正常情況工作,保證橋梁運(yùn)營(yíng)的安全。同時(shí)要使加固工期短,
3.1 加固方案
(1)連續(xù)梁第2聯(lián)3 ×20 m: 3號(hào)墩不動(dòng); 4、5號(hào)墩支座向外側(cè)(路線前進(jìn)方向右側(cè))移動(dòng)25 cm; 6號(hào)墩內(nèi)側(cè)支座不動(dòng),外側(cè)支座向外移65 cm,支座間距3.15 m。
(2)連續(xù)梁第3聯(lián)20 + 20 + 24 + 14 (m) : 6、10號(hào)墩在外側(cè)各加1根<1.20 m樁基,接長(zhǎng)承臺(tái),橫向外側(cè)加寬0.86 m橋墩截面,托盤(pán)橫向加寬,內(nèi)側(cè)支座不動(dòng),外側(cè)支座外移65 cm,支座間距3.15 m; 8號(hào)墩外側(cè)加1根<1.20 m樁基,接長(zhǎng)承臺(tái),橫向外側(cè)加寬0.8 m橋墩截面,加托盤(pán)改設(shè)雙支座,原有支座移向外側(cè),內(nèi)側(cè)新增1個(gè)GPZ(Ⅱ) 510DX盆式橡膠支座,內(nèi)側(cè)支座距離橋梁中心線0.55 m,外側(cè)支座距離橋梁中心線1.65 m,支座間距2.2 m; 7、9號(hào)墩只將支座向外移25 cm。
(3)連續(xù)梁第4、5聯(lián)3 ×20 m: 13、16號(hào)墩在外側(cè)各加1根<1.20 m樁基,接長(zhǎng)承臺(tái),橫向外側(cè)加寬0.86 m橋墩截面,托盤(pán)橫向加寬,內(nèi)側(cè)支座不動(dòng),外側(cè)支座外移65 cm; 11、12、14、15號(hào)墩只將支座外移25 cm。
(4)第1、6聯(lián)3 ×20 m連續(xù)梁位于R = 250 m、R = 160 m的圓曲線及緩和曲線上。按R = 160 m計(jì)算分析3 ×20 m連續(xù)梁,營(yíng)運(yùn)階段最不利組合沒(méi)有支座脫空情況。第1、6聯(lián)不作處理。
(5)在6、10、13、16號(hào)墩加寬托盤(pán)的同時(shí),在外側(cè)增設(shè)鋼筋混凝土限位擋塊。加固后的支座反力及橋墩柱底內(nèi)力見(jiàn)表3～表6。
表6 第4聯(lián)橋墩內(nèi)力(柱底)
注: 11“容許”項(xiàng),加樁橋墩在相應(yīng)軸力情況下橋墩截面能承受的極限彎矩,中墩在相應(yīng)軸力情況下樁基截面能承受的極限彎矩。21橋墩內(nèi)力中的軸力是對(duì)應(yīng)彎矩的軸力。
在4、5、7、9、11、12、14、15號(hào)橋墩盡可能向曲線外側(cè)移動(dòng)支座,以減小梁的扭矩傳到墩上;在6、8、10、13、16號(hào)橋墩加樁、加柱身截面、加托盤(pán)、移支座,是為了承受汽車(chē)離心力及溫度、預(yù)加力引起的梁的扭矩,并限制因梁扭轉(zhuǎn)引起的水平位移,從而減小其他橋墩的彎矩。
3.2 施工步驟
(1) 在6、8、10、13、16號(hào)橋墩外側(cè)進(jìn)行增設(shè)樁基施工。
(2) 在6、8、10、13、16號(hào)橋墩墩身、托盤(pán)、承臺(tái)確定植筋鉆空位置, 進(jìn)行植筋鉆孔。墩身、承臺(tái)表面新舊混凝土結(jié)合面鑿毛清洗干凈, 鉆孔、清孔、干燥、植筋。
(3) 進(jìn)行6、8、10、13、16號(hào)橋墩承臺(tái)、墩身托盤(pán)加寬施工。
(4) 在6、8、10、13、16號(hào)橋墩施工同時(shí), 在所有橋墩改橫橋向雙支座和移支座處。應(yīng)根據(jù)支座高度、平面尺寸及支座位置采取不同措施將梁底調(diào)平, 以便安裝支座。梁底調(diào)平措施可以采用1 cm厚鋼板, 在鋼板與箱梁底間添塞環(huán)氧樹(shù)脂水泥沙漿。
(5) 逐墩單獨(dú)頂升梁將4、5、7、9、11、12、14、15號(hào)橋墩頂支座向曲線外側(cè)移動(dòng)25 cm。頂升梁時(shí)在橋墩兩側(cè)設(shè)四個(gè)支點(diǎn), 將梁同步頂升約10 mm, 將原有支座移向曲線外側(cè)設(shè)計(jì)位置, 并在支座上下兩面用環(huán)氧樹(shù)脂水泥砂漿與墩頂、梁底粘接, 然后卸除頂升力。
(6) 7號(hào)墩支座換成GPZ ( Ⅱ) 6DX支座, 8號(hào)橋墩處梁的頂升同其它中墩, 梁頂升后將7 號(hào)墩換下的GPZ(Ⅱ) 6GD支座放置在曲線外側(cè), 并在曲線內(nèi)側(cè)安裝新的GPZ ( Ⅱ) 5DX盆式支座, 支座與墩梁間采用環(huán)氧樹(shù)脂水泥沙漿粘接, 然后卸除頂升力。
(7) 一聯(lián)中墩支座移位完成后, 進(jìn)行交接墩支座的移位, 交接墩施工工藝參照中墩。
(8) 頂移支座全部完成后即可施工橋面鋪裝。第3聯(lián)與相鄰聯(lián)之間在防撞墻位置已有近5 cm的上下錯(cuò)位, 先頂升每聯(lián)的中墩就是希望梁的位移能夠自然恢復(fù),從程序計(jì)算數(shù)據(jù)分析這是可以達(dá)到的。
