深圳机荷高速公路黄鹤立交CD2号匝道桥加固设计总结

   2007-04-07 会员推荐 未知 12770

  一、工程概况

  深圳市机荷高速公路黄鹤立交CD2号匝道桥桥型为4×28+2×40.5+5×28米预应力混凝土连续曲线箱梁,其中第三~十一跨位于直径125米及800米的同向曲线上,桥梁全长333米。该桥在0号、11号桥台处各设一道BEJ-150伸缩缝。桥墩采用桩柱式结构,第3、7号墩采用双柱式基础,其余为独柱基础。主梁采用单箱单室断面,顶宽12米,底宽6米。中间两孔40.5米跨为变高度截面,箱梁根部高2米,跨中梁高1.5米,按二次抛物线变化。其余28米跨均采用等高截面,梁高1.5米。箱梁底板厚25厘米,腹板厚40厘米和50厘米,各墩墩顶均设1.5米厚横隔板,并设预应力。支座为GPZ盆式橡胶支座。纵横向预应力采用ASTM A416-92标准生产的低松弛270级钢绞线,公称直径Φj15.24毫米,抗拉破断力为1860MPa,弹性模量1.95×105MPa,锚具采用钢绞线群锚和扁锚,型号分别为YM15-9,BM15-3型。

  1999年12月3日该桥试通车,1999年12月桥检中发现了裂缝。经详细检查,共337条,其中第一跨有裂缝10条,第二跨有裂缝18条,第3跨有裂缝18条,第四跨有裂缝40条,第五跨有裂缝79条,第六跨有裂缝68条,第七跨有裂缝38条,第八跨有裂缝25条,第九跨有裂缝26条,第十跨有裂缝11条,第十一跨有裂缝4条。第4~7跨分布较多,共有225条,占全桥总数的66.8%,仅第5跨就占23.4%。

  裂缝宽度以微细裂缝为主,宽度在0.10mm以下裂缝共238条,占全桥总数的70.6%,宽度0.15mm~0.2mm的裂缝有57条,占全桥总数的16.9%,0.25mm以上的裂缝有42条,占总数的12.5%,且全部分布在第4~7跨,裂缝最大宽度达1.50mm。

  裂缝主要类型有:支点附近处腹板的斜向裂缝、跨中附近处的横向裂缝、翼板的横向裂缝、底板的纵向裂缝、横向施工缝及不规则收缩裂缝。

  二、结构验算情况

  1、主要计算方法

  结构计算采用曲线梁分析综合程序进行。按实际施工顺序,划分为12个计算阶段。同时运用‘SAP’程序,对于箱梁的局部结构进行了空间分析。

  2、主要材料特性

  主梁采用40号混凝土,混凝土比重取2.6吨/立方米,弹性模量3.3×104MPa,混凝土材料的收缩徐变特性全部按照规范取值。

  预应力采用钢绞线施加,钢绞线弹性模量取1.95×105MPa,钢绞线采用ASTM标准,张拉应力控制值取1395MPa。

  3、结构体系

  本桥采用落地支架分五个区段施工,计算按实际的施工顺序进行,每个区段设置一个临时水平支撑,待全桥贯通后,永久水平支撑设置在5号墩上,其余水平支撑全部拆除。计算中温度模式取值为:温差按10℃考虑,均匀升、降温按20℃考虑。支座不均匀沉陷按5毫米取值。

  4、初步结论

  通过分析计算,原设计中多个截面在不利组合下均出现较大拉应力,最大值达3.45 MPa。从计算结果看,设计中预应力明显不足,普通钢筋配置数量和直径均偏小,再加上施工时张拉顺序、张拉误差等原因,致使裂缝较早出现。

  5、荷载试验和设计复核情况

  该桥经采用曲梁程序分析、空间结构分析及荷载试验得出如下结论:①该桥设计中所提供的安全储备偏小。28米跨支点截面的抗弯极限承载能力明显不足,部分截面出现拉应力超出部分预应力A类构件的要求;②对本桥的剪力滞效应、约束扭转应力等复杂因素估计不足,以及没有充分计及温度力,也导致某些截面应力过大而出现裂缝;③本桥弯桥的受力特点十分明显,设计中对弯桥的受力性状(如较大的扭转作用等)估计不足。

  三、加固方案

  1、加固方法

  针对本桥的设计、施工及开裂现状,结合结构检算和荷载试验结果,采用增加预应力进行加固为较佳方案,即在箱梁两侧腹板上各增设了2束15Φj15.24体外预应力钢绞线(见图一),然后浇筑20~22cm厚的外包混凝土,形成新的箱梁断面(见图二)。同时在1、10号墩顶箱梁顶板及4、5、6号支点范围内箱梁腹板两侧粘贴钢板条。加固前后应力计算结果见下表。

加固前后主梁应力对比  单位:MPa

  主梁节点

  位置

加预应力前 加预应力后
上缘应力 下缘应力 上缘应力 下缘应力
第一跨跨中 4.74 -0.90 5.25 2.57
一号墩顶 2.14 4.53 3.58 6.05
第二跨跨中 5.63 -2.88 6.65 0.06
二号墩顶 -0.65 8.62 2.11 7.80
第三跨跨中 5.22 -2.91 5.50 1.12
三号墩顶 1.58 3.33 2.91 5.19
第四跨跨中 2.41 -2.55 3.16 0.94
四号墩顶 1.91 4.47 4.70 3.42
第五跨跨中 4.02 -2.37 4.54 1.32
五号墩顶 4.03 3.55 6.31 3.06
第六跨跨中 3.99 -2.18 4.53 1.47
六号墩顶 1.94 4.52 4.80 3.21
第七跨跨中 1.78 -1.85 2.29 1.91
七号墩顶 1.48 3.48 2.64 5.58
第八跨跨中 5.59 -3.36 6.17 0.31
八号墩顶 -0.64 8.83 2.76 7.08
第九跨跨中 5.40 -3.31 5.33 1.28
九号墩顶 1.65 8.16 3.34 8.92
第十跨跨中 5.91 -2.84 6.97 0.05
十号墩顶 0.97 6.37 3.44 6.26
第十一跨跨中 4.45 -0.39 5.42 2.38

  

图一 钢绞线布置形式示意

  

  图二 加固后箱梁典型断面示意

  2、加固顺序

  (1)原有裂缝的处理

  1)用环氧浆液对宽度大于0.2mm的底板、腹板、翼板裂缝进行压浆。

  2)小于0.2毫米的裂缝进行封闭处理

  (2)在4、5、6号支点处箱梁腹板两侧粘贴斜向钢板

  (3)种植钢筋、浇筑张拉锚固齿板

  ① 根据施工图中所提供的锚固齿板位置及尺寸在原腹板侧面准确放样。

  ② 依据施工图布置,在做新增齿板的位置用冲击钻钻深度不小于20厘米,直径约为22毫米的盲孔,用压缩空气清除孔内浮尘。注意孔内浮尘的清理必须由孔底向孔口清理(硬质排气管插入孔底,再后拔1~2厘米);


  ③ 用K801胶种植门式锚筋;

  ④ 骨架形成后,按照齿板的形状立模,然后浇筑混凝土,形成齿板。应严格控制混凝土配合比,加强振捣使混凝土密实,避免孔洞及蜂窝麻面的发生。

  (4)、安装钢结构转向器及克服径向力的锚卡

  ① 依据施工图纸放样;

  ② 在底座钢板上钻孔,并用环氧树脂粘贴在箱梁腹板上;

  ③ 用Hilti特制钻头钻孔;

  ④ 清孔

  ⑤ 用安装工具切底安装HDA-T-M16锚栓、锚卡。

  (5)、张拉、锚固钢束,并逐跨浇筑混凝土

   ① 凿毛腹板混凝土;

   ② 依施工图种植腹板及翼板上的钢筋,并绑扎成形;

   ③ 张拉中间主孔的钢束(双向张拉);

   ④ 逐孔浇筑新增腹板;

   ⑤ 接长钢束,单向张拉其余钢束;

   ⑥ 逐孔浇筑腹板。

  (6)在1、10号墩顶粘贴钢板条。

  (7)外表整饰,投入运营。

  四、结语

    本桥加固工程现已全部竣工,加固施工完成后所作的荷载试验表明,箱梁的刚度和应力均得到了较大的改善和提高,取得了较为理想的加固效果。成功的将体外预应力运用于小半径曲线梁桥上,由此可见,用体外预应力结合灌注裂缝加固预应力混凝土连续弯箱梁,在现实中是可行的和有效的。
 
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