浅析简支空心板梁桥横向体外预应力加固

Application of truss type wind resistant pillars in light steel plant
CHU Tao CHEN Dao zheng Abstract: Calculat ing comparison of the wind resistant pillars wit h full w eb cross section steel tube space and the wind resistant pillars w ith tri angle cross section steel tube space shows when the factory room is high, the wind resistant pillars w ith triangle cross sectio n steel tube space is mor e eco nomical than full w eb wind resistant pillars, and can better control distur bance degree. Key words: light steel plant, full web w ind resistant pillars, truss ty pe wind resistant pillars
2. 2 病害原因分析
1) 横向连接 薄弱。装 配式 铰接空 心板 梁桥 的横向 连接 能力 薄弱是产生上述病害的根本原因。空心 板之间通过 铰传递剪 力 , 把单块板上的荷载传 递到其 他空 心板共 同承 担荷 载。但是 铰接 缝混凝土不足以抵抗外荷载引起的横向弯 矩 , 导 致铰接缝 间的混 凝土开裂。在车辆荷载 作用 下 , 空心板 间企 口缝连 接发 生损 坏 , 严重削弱了空心 板间 的铰 接 作用 , 破 坏 了简 支空 心 板梁 桥整 体 性 , 使车辆荷 载不能有效传递给 其他空心板 , 造成单板受力现 象。 这就造成单板竖向 位移 变大 , 铺 装层拉 裂或 者变形 , 严 重影 响路 面的平整度和行车舒适度。 2) 超载 严重。近年 来 , 随 着交 通运输 事业 的迅 速发 展 , 交通 运输量大幅度增长 , 行 车密 度及 车辆载 重越 来越大 , 重 型车 辆也 日益增多。对桥梁荷载等级要求也不断 提高 , 而 早期建造 的桥梁 荷载等级低 , 不 能 承受 重 型车 荷载 , 必 然 导致 不 同程 度的 破 坏。 在轴载超限 100% 的情况下 , 通过沥青路面一次 , 相 当于标准车通 过 256 次 ; 车辆 超 载 60% , 对 路面 造 成 的 损害 是 不 超 载车 辆 的 7 倍 ; 超载 100% , 是不超载车辆的 20 倍。可见 , 超载 是结构 病害 发生发展的重要因素。
3 施加横向体外预应力加固比较分析
目前常用的锚喷混 凝土、 增加 梁截面以及粘贴纤 维材料加固 法都属于被 动加固范畴 , 存在 应力 ( 应 变 ) 滞 后性 , 不能 真正 发挥 作用。把这 些方法用于简支空心板梁桥 横向加固中 , 只能 暂时解 决桥梁表面病害。经过一段时间 , 刚 更新的桥面 铺装层又 会因内 部横向连接薄弱问题 而破坏。 而采用 横向 体外 预应力 加固 从根 本上防止了上述简 支空 心板 梁桥出 现的 病害 ; 同时 , 该 维修 加固 措施 , 增加了板桥上部 结构 的横 向连接 能力 , 使 空心板 间具 有足 够的强度抵抗剪力与 横向弯 矩。空心 板间 产生 的压应 力变 原来 空心板间的铰接 构造 为刚 接 构造 , 改 善 行车 荷载 的 横向 分布 能 力 , 空心板间更有效地传递行车荷载作用 , 从而大大增加了桥梁横 向整体性 , 从根本上解决了简支空心板梁桥横向连接薄弱问题。 5) 铺装层和企口缝浇筑。首先清理干 净桥梁空心 板表面 , 然 后绑铺钢筋网 , 在企口 缝和 铺装层 之间 增加 加强钢 筋网 , 最 后进 行混凝土浇筑和养护。 6) 沥青面层铺装。待混凝土铺装层达 到一定强度 , 进行 沥青 面层的 施工。施 工过程中注意保护原桥 伸缩缝边沿 混凝土结构 , 控制平整度、 标高以及与原桥梁连接路面的协调。
1. 23 倍。显然 , 桁架式抗风柱在总体造价上占有较 大优势。
4 结语
1) 在高度较大的厂 房中 , 桁架 式抗风柱的挠度可 以控制在理 想的范围内 ; 2) 桁 架式抗风柱的截面 惯性矩大、 稳定性好 ; 3) 由于 桁架式抗风柱的柱 脚一 般做 成铰接 , 柱 脚内 力较小 , 因 而桁 架式 抗风柱的基础可以做得相对较小 ; 4) 桁架式抗风 柱的节点 连接简 单 , 制作方便 , 质量控制容易 , 可以 现场制作。桁 架式抗 风柱是一 种既经济又合理的截面形式 , 可以广泛运用于高度较大的厂房中。 参考文献 :
5 结语
1) 引起简支 空心板梁 桥病 害的根 本原 因是空 心板 横向 连接 薄弱。2) 横向 体 外预 应力 是 简支 空心 板 梁桥 的有 效 加固 措施 。 3) 得出 了清晰的简支空心板梁桥加固设计步骤与施工工序。 参考文献 : [ 1] [ 2] [ 3] [ 4] 梁全富 , 邵 景干 . 横向体外预应 力加固简支 空心板梁 桥技术 [ M ] . 北京 : 中国建筑工业出版社 , 2007: 20 21, 72 73. 谌润水 , 胡钊芳 , 帅长斌 . 公路旧桥 加固技 术与实 例 [ M ] . 北 京 : 人民出 版社 , 2002: 95 96. 单成林 . 旧桥 加固 设计原 理及 计算 示例 [ M ] . 北 京 : 人民 出 版社 , 2007: 233 234. 崔京 浩 , 王 钧 利 . 在 役 桥 梁检 测 、 可 靠性 分 析 与 寿命 预 测 [ M ] . 北京 : 中 国水 利水 电出 版社 , 知 识产 权出 版社 , 2006: 119 120. [ 5] [ 6] 范立础 . 桥 梁工程[ M ] . 北京 : 人民交 通出版社 , 2001: 84 85. 韩卓峰 . 公 路旧桥加固技术探讨 [ J] . 山西建筑 , 2007, 33( 7) : 289 290.
1 简支空心板梁桥构造
混凝土简支梁桥是 桥梁 中最 简单的 一种 桥梁形 式。由 于混 凝土自重的原故 , 实 心的简 支板 一般适 用于 跨径比 较小 的桥 梁 ; 当跨径增 大时 , 则宜 采用空 心板截面。 空心板 能减轻 自重 , 而且 能合理地利用材料 , 也 正是 这个 原因 , 早期 建造 了大量 的简 支空 心板梁桥。 空心板的开孔形式多种多样 , 比较典型的 开孔形式如图 1 所
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第 34 卷 第 31 期 20 08 年 11 月
山
西
建
筑
SHA N XI
AR CH IT ECTU R E
V ol. 34 N o. 31 N ov. 2008
文章编号 : 1009 6825( 2008) 31 0030 02
浅析简支空心板梁桥横向体外预应力加固
王同卫 孙建渊
摘 要 : 针对 早期建造的简支空 心板梁桥横向连接比 较薄弱的问题 , 通过对横向连 接薄弱引起的各种 病害进行分析 , 施 加横向体外预应力的加固方法被证明是一种改善横向连接薄弱 的有效措施 , 最后 从设计和施 工两个方 面对该加固 方法 进行了分析 。 关键词 : 横向连接 , 横向体外预应力 , 空心板梁桥 , 加固 中图分类号 : U 445. 72 文献标识码 : A 示 , 其中 , 图 1a) , 图 1b) 为单 孔 , 图 1c) , 图 1d) 为双圆 孔形。 由它 们组成的桥梁横截面如图 2 所示。
4 加固设计与施工 4. 1 加固设计
1) 计算 求出简支空心 板梁 桥加固 前所 能承 受的荷 载以 及结 构产生的内力 , 包括恒载和活载 内力。 2) 根据实 际荷载计 算结构 产生的内力 , 并由恒载与活载的 组合来演算 加固的必 要性。 3) 由 上面两项之差得出内力的差值 ( 即需 要补强加固 的抵抗力 矩及剪 力等 ) , 估算出横向 预应 力钢 束应有 的横 截面面 积。 4) 计算 和确 定钢束所必要的张拉 力与伸 长量。加 固后 几种 荷载的 综合 效应 等于各种荷载分别作用时 的效 应迭 加。 5) 承载 力验 算。按 设计 规范验算加固后桥梁 横向弯 矩和 剪力承 载力。 若验算 结果 不满 足规范规定时 , 可加大拉索面积 或用其他加 固方法相 配合。 6) 计 算确定施工中控制张拉时的应力或应变。
2 简支空心板梁桥病害分析 2. 1 主要病害
1) 桥面铺装层出现沿 空心板企口缝的纵 向裂缝 , 严 重的出现 了不同程度的坑槽和塌陷现象。长时间 运行下去 , 不仅会 使桥梁 破坏的更加严重 , 而且对通行车辆的性能也有所影 响。 2) 桥梁 空心板 之间企 口缝结构 混凝土 破碎、 脱落 以及塌陷 , 致使荷载不能有效地进行横向传递 , 出现单 板受力的现 象。久而 久之 , 会使桥梁跨中的 挠度 明显增 大 , 再加 之桥梁 铺装 层出 现裂 缝 , 从而导致桥梁渗水对结构钢筋和混凝土质量进一步破坏, 最终 [ 1] [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] [ 6] [ 7] GB 50009 2001, 建筑结构荷载规范 [ S] . GB 50007 2002, 建筑地基基础设计规范 [ S] . GB 50017 2003, 钢结构设计规范 [ S] . GB 50017 2003, 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 [ S] . GB 50010 2002, 混凝土结构设计规范 [ S] . 泮威风 . 门式 刚架 轻钢结 构抗 风柱的 设计 [ J] . 宁 波大 学学 报 , 2005, 18( 4) : 11 12. 谭 伟 . 浅 谈轻钢结构工程施工的 监理要 点 [ J] . 山西建筑 , 2007, 33( 34) : 237 238.
王同卫等 : 浅析 简支空心板梁桥横向体外预应力加固
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导致整个桥梁结构的破坏。
4. 2 施工工序
施工是工程中较为重 要的部分 , 所有的设计和设想 都要通过 施工来实现。横向体外预应力加固主要的施工工序如下 : 1) 原桥沥青 面层 的拆除。 首先用 风镐 将沥青 面层 打碎 或者 松动 , 然后结合人工和铲车把废 旧沥青运至 路外即可。施 工过程 中应特别注意对原桥梁伸缩缝和混凝土结构的保护。 2) 原桥铺装 层和 企口缝 混凝 土的 拆除。这是 施工 过程 中的 一个难点 , 由于企口缝很窄很难 用现有工具 清除。这道工 序只能 结合人工逐渐清除 , 目前还没有较为快捷省力的方 法。 3) 灌缝。首 先把原桥空心板间缝隙清 理干净 , 然后封闭 缝隙 ( 主要采用吊板方法 ) , 最后用高强无收缩灌缝材料浇灌。 4) 预应力钢绞线施工。首先在边块上 安装高强螺 栓 , 然 后把 锚固衬 板锚固在边块 上 ( 见 图 3) 。待 锚固 螺栓 粘结 材料 完全 凝 固 , 缝隙混凝土达到强 度的 80% 后 , 开始张 拉横向预 应力。 最后 对预应力索和锚固结构进行防腐套管的安装。
收稿日期 : 2008 06 11 作者简介 : 王同卫 ( 1984 ) , 男 , 同济大学桥梁与隧道工程系硕士研究生 , 上海 孙建渊 ( 1966 ) , 男 , 副教授 , 同济大学桥梁与隧道工程系 , 上海 200092 200092
第 34 卷 第 31 期 20 0 8年 1 1月
0 引言
随着交通运输 事业 迅速 的发展 , 交 通运输 量大 幅度 增长 , 重 型车辆普遍 增多。现役 简支 梁桥 中 , 建 于二 十世纪 七八 十年 代 , 80 年代的简支空心板梁桥 占有很 大的比 例。由于当 时空心 板梁 桥横向连接比较薄 弱 , 并且 经过 多年超 负荷 使用 , 致使 产生 严重 的病害 , 降低 了桥梁 的既有 承载力 , 影响 了交通 运输的 安全。全 部重新建造这些桥 梁 , 不仅 需要 大量的 资金 , 并 且在施 工中 迫使 车辆绕行 , 交通不畅 , 造成严重的社会 运输经济损 失。因此 , 部分 桥梁急需采取加固措施提高其承载 力 , 以适 应交通需 要。体外预 应力加固法因其施工方 便、 人力投 入少、 降低 造价、 方 便检修维护 等优点 , 已越来越受到工程界的 重视。尽管对体 外预应力 加固的 研究越来越多 , 但有关简支空心板梁 桥横向体外 预应力加 固方面 的研究还是相对较少。因此 , 对这方面的分析就显得十 分必要。