正交盖梁体外预应力加固槽钢精轧螺纹钢筋处理方式

随着我国交通事业的发展，城市桥梁和高架桥日益增多，由于桥梁破损等造成的安全事故时有发生，对人民生命财产安全造成了威胁。为了桥梁能够安全正常运营，需要对桥梁定期进行检测，通过外观普查及荷载试验，对桥梁实际承载力进行评估，并对桥梁的结构病害、外观病害进行加固、改造、维护设计。珠江立交桥就是在对桥梁检测过程中发现的存在严重安全隐患的桥梁，本文仅对珠江立交桥盖梁加固设计进行阐述。 
　　第二部分概况及桥梁盖梁检测结果评估 
　　珠江立交桥修建于1987年，南起铁西区北一路，北至皇姑区三洞桥路；桥梁部分全长512米，全宽12米，共2车道。南引道纵坡3.5%，长176.1米；北引道纵坡3%，长126.82米。上部结构分为简支空心板与简支整体板两种形式，全桥共32孔，2孔为简支整体板，其余均为简支空心板，跨径布置为16米×6 +17×2米+16米×2+17.14米+16×21；简直空心板每孔11块板；中板宽1.01米，高0.7米，边板宽1米,悬臂0.4米。 
　　珠江桥设计荷载：汽车—20，验算荷载：挂车—100。 
　　根据现场实际情况，对珠江立交桥进行了详细的外观普查,并根据相关规范对珠江桥进行了桥梁完好状况评估，限于篇幅，这里不予讨论。 
　　经过桥梁检测及荷载试验，发现珠江立交桥盖梁破损严重；因为悬臂大，在盖梁悬臂根部的顶缘位置均存在超过规范要求宽度限值的裂缝，已经不满足结构安全要求。解决盖梁安全性的问题，是该桥加固处理的重中之重。盖梁加固综合比较了多个加固处理方式，采用空间有限元程序进行受力分析，后选择在盖梁体外两端设置短加劲肋的钢箱梁（含异形钢箱梁），并在钢箱表面、内部张拉预应力钢束、精轧螺纹钢筋的处理方式进行加固。经过该处理使盖梁裂缝、拉应力、压应力等技术指标达到规范要求。 
　　第三部分正交盖梁及斜交盖梁加固计算及模型 
　　3.1珠江桥正交盖梁加固之后计算模型（体外张拉精轧螺纹钢筋） 
　　珠江桥的正交形式盖梁（全桥共31个盖梁，其中28个正交，3个有55度左右斜交），根据计算可知，正交形式盖梁承载能力均能满足原设计要求，所以拟定在盖梁体外设置张拉精轧螺纹钢筋。 
　　1、正交盖梁计算模型 
　　在盖梁的两侧分别设置3根直径为25mm的预应力精轧螺纹钢筋；共6根精轧螺纹钢筋平均分布在盖梁两侧，在盖梁的端部设置钢垫板、槽钢作为张拉精轧螺纹钢筋的锚具。在本次盖梁计算中，按B类构件加以计算，张拉控制应力取525 Mpa。 
　　 
　　桥墩盖梁桥博计算模型总图及单元序号布置图-设置精轧螺纹钢筋 
　　2、珠江桥正交盖梁承载能力计算结果分析 
　　珠江桥2米高桥墩盖梁验算结果如下（单元号参看图3-1）；参考不利单元16号、17号、22号、23号。 
　　表4-1珠江桥2米高桥墩盖梁承载能力极限状态计算表 
　　 
　　 
　　正常使用极限状态组合计算结果： 
　　以正常使用组合Ⅲ控制应力，其中： 
　　ⅰ 大应力为7.5 Mpa（压应力，出现在盖梁下缘） 
　　ⅱ 小应力为 -4.4 Mpa（拉应力，出现在盖梁上缘） 
　　根据85规范规定，预应力混凝土按不开裂截面计算的混凝土受拉边缘的名义拉应力与裂缝宽度关系，即所谓的限制裂缝宽度的名义拉应力法，计算存在非预应力钢筋时，修正之后0.1mm名义拉应力为：3.2×0.7+（6.158×16÷11940×100）×4=2.24+3.3=5.54 Mpa裂缝不大于0.1mm,满足规范要求。 
　　因为斜交形式盖梁相对正交形式盖梁来说，悬臂更长，受力更加不利，经过计算，采用与正交形式盖梁相同形式的加固方法，不能保证良好的加固效果，对斜交形式盖梁需要另行计算及加固 
　　3.2珠江桥斜交盖梁加固之后计算模型（体外张拉钢绞线） 
　　1、斜交盖梁计算模型 
　　在盖梁的两侧分别设置4束15-7钢绞线；在盖梁的端部设置异形钢箱作为张拉钢绞线的锚具；张拉控制应力1000 Mpa，张拉处混凝土承压8 Mpa，结构验算如下表所示： 
　　 
　　桥墩盖梁桥博计算模型总图及单元序号布置图-设置钢绞线 
　　2、结构计算结果见下表。 
　　珠江桥斜交形式盖梁承载能力极限状态计算表 
　　 
　　 
　　以正常使用组合Ⅲ控制应力，其中： 
　　ⅰ 大应力为9.3 Mpa（压应力，出现在盖梁下缘） 
　　ⅱ 小应力为 -2.2 Mpa（拉应力，出现在盖梁上缘） 
　　根据85规范规定，预应力混凝土按不开裂截面计算的混凝土受拉边缘的名义拉应力与裂缝宽度关系，即所谓的限制裂缝宽度的名义拉应力法，计算存在非预应力钢筋时，修正之后0.1mm名义拉应力为：3.2×0.7+（6.158×16÷11940×100）×4=2.24+3.3=5.54 Mpa裂缝不大于0.1mm,满足规范要求。 
　　附：为了确认方案的可行性，对原结构进行了实体模型分析，可知按实体模型与按杆系计算，数据相差约10%左右，即按杆系建模计算结果偏于安全。计算结果省略。 
　　 
　　桥墩盖梁空间计算模型 
　　第四部分正交盖梁加固及斜交盖梁加固计算及模型 
　　4.1珠江桥正交盖梁体外预应力加固槽钢精轧螺纹钢筋处理方式 
　　 
　　1、验算螺母：螺母尺寸为65×72×75，张拉控制应力为525Mpa（258KN），钢筋有效张拉应力为481 Mpa（241KN），计算螺母应力则为：258000÷2794=92.3 Mpa，满足钢材指标要求。 
　　2、验算支承板：支承板尺寸为110×25×110，则支承板应力为：258000÷12100=21.3 Mpa，满足要求。 
　　3、验算槽钢：选取槽钢类型为20型，t=9mm，h=200mm，悬臂部分根据需要切掉25mm