预应力混凝土T梁桥维修加固
北京市房山区黄良公路永定河大桥是典型的预应力T梁桥加固范例,该桥位于北京市房山区良乡葫芦垡村东南,是跨越永定河的一座重要桥梁,也是房山区煤炭及建材运输的主要通道。该桥原设计荷载标准为汽―20、挂―100,结构形式为45×15m预应力混凝土简支T梁,桥面净宽7m,两侧各设0.5m安全带,桥面横坡1%,T梁翼板宽1.59m,梁高0.75m。每孔上部结构横向共五片T梁,桥面辅装为6cmC30混凝土磨耗层,后加铺过3cm厚沥青混凝土面层;下部结构为C20钢筋混凝土钻孔灌注桩,桩径0.80m,柱顶用C25钢筋混凝土盖梁连接,全桥长677.25m。该桥由北京市市政设计院1968年11月设计,同年开工,于1970年10月竣工通车。
第一次加固:由于该桥位置的重要性,交通流量较大(1991年交通量为5479辆/昼夜),造成此桥桥面破损严重,伸缩缝开焊,严重影响行车安全,为此,北京市公路局于1992年将此桥列入大修工程,由市局设计院根据京周路大石河1#-4#桥1989―1991年桥面改造经验制定施工方案。
方案为:将原桥面混凝土磨耗层及沥青面层清除、凿毛,做双层10×10cm的Φ6、Φ8钢筋网;全桥45孔,每5孔一联,重新焊接制作每联之间的伸缩缝,其余每孔间的桥墩缝处垫橡胶垫。当时投资133万元,于1992年10月完工。但两个月后即在桥梁检查中发现桥面横向出现了裂纹,有少数裂纹横贯桥面,并且有继续发展的趋势。
由此可见,仅靠加强桥面辅装,并不能彻底解决桥梁横向整体性问题,在活载作用下,其桥面梁间出现开裂现象,久而久之造成桥梁上部单片梁受力,不能共同承受荷载,使单片桥梁体跨中挠度加大,严重影响了桥梁的使用性能,由于1/4跨处截面主拉应力加大,致使梁体出现裂缝,而随跨中挠度的加大,造成桥梁稳定性较差,出现抖动、行车不稳等现象。
综上所述,要想彻底解决该桥横向联系较弱的问题,预防单片主梁受力,增强其整体稳定性,必须加强各片主梁之间的横向联系,采用后加槽钢横梁的处理方式就较好的解决了这一问题。
第二次加固:针对此桥存在的问题,北京市房山公路分局增加了检查频率,但是由于交通流量不断增加(1999年达到9863辆/昼夜),汽车吨位逐年上升,其中60吨左右的载重车占相当大的比重,加速了此桥的损坏。1999年从外观检查发现,地袱、栏杆局部损坏;桥面铺装局部严重损坏,已影响行车安全;从桥下观察,T梁腹板和翼板均有不同程度的损坏,其中第10、11、15、23、28、29、34、36孔破坏比较严重,有几处翼板连同桥面铺装都有不同程度的损坏,出现露天现象;第28、29、30三孔曾经发生油罐车滚落桥下爆炸事故,导致T梁腹板、翼板和两根墩柱均有很大程度的破坏。另外此桥桥面板漏水严重,为彻底解决此桥的维修加固问题,北京市公路局决定再次对此桥进行加固。
此次由北京市公路局设计研究院负责设计,设计方案为:维持原桥荷载标准汽―20、挂―100;梁腹板和翼板多处破损,但裂缝均为0.1―0.2mm,不对梁的强度造成影响,所以不更换T梁,仅对其进行加固处理;桥梁的下部结构墩柱和盖梁未受到大的破坏,能满足承载力的要求。
仅处理第29孔的墩柱,原因是该墩柱受到火灾的破坏,表面混凝土脱落并漏筋,处理方法凿除旧混凝土,重新喷射C25混凝土;在桥面上车辆通过时,能感到桥梁明显的抖动,因此有必要加强桥梁的整体性。主要措施一是增设横梁,二是更新桥面铺装,三是更换伸缩缝。关于增设横梁,最初有两个方案,一是每孔增设2道混凝土横梁,二是采用槽钢横梁形式。
经过方案对此,最终采用了槽钢横梁形式。原因是该横梁形式结构新颖、轻便、施工方便,每孔可设多道,更能增加桥面的整体刚度和稳定性。由于此种形式是第一次实施设计,主要借鉴了国外的类似结构,吸取了以往的经验,并通过强度计算确定槽钢的型号和用量。
桥面铺装设计采用一次性重新铺设,并加防水层。由于该路重交通占很大比例,所以铺装设计采用双层钢筋网,并增大钢筋用量,钢筋间距10×10cm,并采用Φ10钢筋以增大铺装整体强度。为延长使用寿命和增加耐磨性,全桥范围加铺4cm厚SMA-16改性沥青混凝土。
全桥均改用美佳伸缩缝,伸缩缝两端用钢纤维混凝土连接手段,以增加混凝土强度和耐久性,并延长伸缩缝寿命。5孔一联,确保桥梁的整体性和行车舒适性,并适应温度变化条件下桥梁的变形需要。
横梁的施工工艺:此次施工共计45跨采用加横梁的方法加固,其中第一跨采用钢筋混凝土横梁(作为科研对比用),第二至第四十五跨采用槽钢横梁加固技术。桥每跨有五片T梁,使用专用设备在T梁两侧翼板上各钻一孔,直径为38mm,将工字形加固钢梁架设于T梁底部,用10根高强螺栓将其固定。
然后在钻孔中、T梁底部灌注微膨胀混凝土,将高强螺栓下部工字钢梁下的外露部分用电焊划去螺丝扣后弯曲,以防止工字钢梁丢失、损坏或工字钢梁滑动,以避免影响工字钢梁的传力作用。
每跨架设五根钢梁,从而将每跨五片T梁联成一体,当桥梁受载时,五片T梁能共同受力,从而减少了单片T梁受力的大小,加强了单片T梁的承受能力,保护了T梁。
全桥有44跨架设了槽钢横梁,共计220根。当钢梁架设完成后,桥梁受力明显改善,当重车上桥时,经现场观察,T梁变形减小,未出现单片或少量T梁单独变形情况,从而保护了桥面辅装混凝土,沥青混凝土路面无大损害,使桥面整体性得到了很大改善,较重的车辆通行时感觉振幅明显减小,说明加固取得了成效。一年来,经过多次观察,未见异常,效果很.
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