大劉坡橋體外預(yù)應(yīng)力的加固方案設(shè)計(jì)(9頁).docx
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2024-01-03
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1、大劉坡橋體外預(yù)應(yīng)力的加固方案設(shè)計(jì)摘要大劉坡橋位于天津?qū)氎婵h境內(nèi)九園公路的潮白河上。橋全長米,橋面寬度9米,上部結(jié)構(gòu)為56孔、5片跨徑米的普通鋼筋混凝土T型簡支梁橋,橫橋向有3道橫隔板。橋面鋪裝為鋼筋混凝土和3厘米瀝青混凝土面層。每8孔為一道伸縮縫,其間為橋面連續(xù)鋪裝。關(guān)鍵詞體外預(yù)應(yīng)力 加固 T梁橋大劉坡橋位于天津?qū)氎婵h境內(nèi)九園公路的潮白河上。橋全長米,橋面寬度9米,上部結(jié)構(gòu)為56孔、5片跨徑米的普通鋼筋混凝土T型簡支梁橋,橫橋向有3道橫隔板。橋面鋪裝為鋼筋混凝土和3厘米瀝青混凝土面層。每8孔為一道伸縮縫,其間為橋面連續(xù)鋪裝。舊T型梁外形。舊梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí):汽-13、拖-60。下部結(jié)構(gòu)墩柱及蓋梁2、是在原橋位上游側(cè)95年重新設(shè)計(jì)建造的,為單排雙樁式,荷載等級(jí):汽-20、掛-100。受公路發(fā)展公司委托,我院于4月1213日對(duì)該橋進(jìn)行了檢查。由于原有公路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低,通行能力差,加之目前交通量的增加和汽車載重的增加,上述舊橋是不能滿足承載力要求的。受資金和材料資源及斷交時(shí)間的限制,也不可能全部拆除并新建,只能考慮投資較少,工期時(shí)間短且能增加承載力的各種橋梁加固技術(shù)予以改造。這其中采用體外預(yù)應(yīng)力鋼筋加工技術(shù),確為一種簡單易行且能與新建下部結(jié)構(gòu)荷載看齊的有效方法。體外預(yù)應(yīng)力加固方法的實(shí)質(zhì)是以粗鋼筋、鋼絞線或高強(qiáng)型鋼等鋼材做為施力工具,對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力,以其產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)3、生的內(nèi)力,從而達(dá)到改善舊橋使用其性能并提高其極限承載力的目的,本橋只涉及粗鋼筋的體外預(yù)應(yīng)力加固提高荷載方案。一、體外預(yù)應(yīng)力構(gòu)造:主要由四個(gè)部分組成1、水平筋與斜筋:由高強(qiáng)螺紋粗鋼筋組成,構(gòu)造見圖2,其作用是施加預(yù)應(yīng)力提高梁的承載能力。2、梁端錨固:先將梁端部分混凝土橋面板鑿掉,將梁端頂面上角鑿成與斜筋傾斜方向相垂直的斜面,在端橫隔板上開鑿與斜筋方向相同的斜孔,然后,將用角鋼或槽鋼制作的支承墊座用環(huán)氧砂漿固定在已鑿好的梁端斜面上。斜筋穿過橫隔梁和支承墊座的斜孔,用千斤頂進(jìn)行張拉并用螺母錨固在支承墊座上,最后用混凝土將錨頭封閉,見圖3。3、水平滑塊:由聯(lián)接斜筋和水平筋的活動(dòng)滑塊支承座和固定在梁底的4、支承鋼墊組成,其構(gòu)造見圖4,其主要功能是通過滑塊的水平滑動(dòng),以調(diào)整斜筋與水平筋之間的內(nèi)力分配比例,并使表面受力趨于均勻。二、體外預(yù)應(yīng)力提高荷載等級(jí)計(jì)算:已知的設(shè)計(jì)參數(shù)1T梁混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)25Mpa。水平筋極限應(yīng)力計(jì)算時(shí),取,截面強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度,取混凝土極限壓應(yīng)變2.原T梁配筋參數(shù):其T梁截面配筋見圖5跨中截面:,支點(diǎn)截面:,. 原梁斜截面內(nèi)受拉縱向鋼筋的配筋率3. 體外索配筋參數(shù) 經(jīng)加固設(shè)計(jì)分析,體外索水平筋取為,斜筋取為,均為冷拉級(jí)鋼。 兩墊板中心之間的水平距離:,上錨固點(diǎn)至墊板中心的水平距離:,體外預(yù)應(yīng)力筋至T梁底距離體外預(yù)應(yīng)力損失1)預(yù)應(yīng)力鋼筋與水平滑塊之間的摩擦:因是水5、平張拉2)具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失: ,因是水平張拉,故,查規(guī)范按計(jì),3)溫差引起的損失:。、:分別為預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土的線膨脹系數(shù),t:為年最高溫度與施工時(shí)的溫度差;15故:4)分批張拉引起的混凝土彈性壓縮損失:因單片梁兩根水平鋼筋同時(shí)張拉,使單片梁間的。5)鋼筋松弛引起的損失:一次張拉6)混凝土收縮與徐變引起的應(yīng)力損失因舊橋混凝土的收縮與徐變?cè)陂L期使用過程中已基本完成。體外筋加固體系并不會(huì)使橋梁恒載增加許多,且使原梁受壓區(qū)的應(yīng)力明顯減少。因此,即可近似取混凝土收縮、徐變損失。于是,體外筋加固中預(yù)應(yīng)力鋼筋總的應(yīng)力損失為:預(yù)應(yīng)力水平筋重心到截面上邊緣的距離無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力,滑塊與梁底之6、間的摩擦系數(shù),反映斜筋與水平筋拉力之比的系數(shù),體外斜筋中的有效預(yù)應(yīng)力1、計(jì)算體外鋼筋的極限應(yīng)力由于水平筋和斜筋在材料及其截面面積方面的差別,其有效預(yù)應(yīng)力是不同的,亦即兩者的應(yīng)變量也不同。若以水平筋的應(yīng)變?yōu)闇?zhǔn),將斜筋的應(yīng)變狀態(tài)換算為水平筋的應(yīng)變狀態(tài),并在此情況下求出體外筋的總長度,即為體外筋的換算長度。式中分別為體外預(yù)應(yīng)力水平筋和斜筋中由有效預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變。,則。令:。梁跨中破壞截面的剛度與極限狀態(tài)下梁體各截面平均剛度的比值,體外預(yù)應(yīng)力鋼筋換算長度與梁的計(jì)算跨徑之,與支承條件有關(guān)的撓度系數(shù)對(duì)于按均布荷載考慮的簡支梁由彈性變形理論可求出,體外水平筋配筋率,原梁受拉鋼筋配筋率,原梁受壓鋼筋配筋率,7、參照現(xiàn)行公路橋規(guī)中對(duì)鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算方法,按矩形截面試算:體外水平筋的極限應(yīng)力,R abi=Ay+AgRg- AgRg 則,令水平筋極限高度系數(shù)y為梁發(fā)生截面破壞時(shí)實(shí)際受壓區(qū)高度s與體外水平筋重心到梁頂面的距離之比,即,再將 代入上式,可得 ,將此式展開并經(jīng)整理即得矩形截面體外水平筋極限高度系數(shù),為體外水平筋的極限應(yīng)力增量,其上式中由圖6中假定當(dāng)最大彎矩截面發(fā)生破壞時(shí),兩個(gè)未破壞的梁段均發(fā)生剛性轉(zhuǎn)動(dòng),即無撓曲變形的幾何關(guān)系,三角形的相似比可建立如下幾何方程: ; :體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的總伸長值。 :梁破壞時(shí)的極限撓曲值。 :梁發(fā)生截面破壞時(shí)實(shí)際受壓區(qū)高度。由上式得:,根據(jù)8、總伸長量即可求出體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的極限應(yīng)變?cè)隽?;考慮體外筋中有效預(yù)應(yīng)力的影響后,體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)變其中為體外預(yù)應(yīng)力水平筋中由有效預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變。由于體外水平筋在梁達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)并不屈服,因此,將上式兩端分別乘以預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量,則體外水平筋的極限應(yīng)力可用下式表示:此式第二項(xiàng)即為體外預(yù)應(yīng)力水平筋的極限應(yīng)力增量,又由于與加固梁跨中極限撓度則可導(dǎo)出: 將其化簡后可得一關(guān)于水平筋極限應(yīng)力增量的一元二次方程。即:;式中系數(shù)解方程:即:;解出:;則水平筋極限應(yīng)力為:其體外斜筋極限應(yīng)力公式為:;由于體外斜筋與水平筋配筋面積不同,取大者,;則2。計(jì)算抗彎強(qiáng)度由于 ,說明中性軸在T梁的頂板內(nèi),即為第一9、類T形。因而按寬度為的矩形截面計(jì)算抗彎強(qiáng)度。在此可忽略受壓區(qū)鋼筋的影響,則由規(guī)范公式計(jì)算中性軸位置: 受拉鋼筋合力作用點(diǎn)到體外索水平筋重心的距離為 ;再由規(guī)范公式計(jì)算加固體系的抗彎強(qiáng)度該梁提高等級(jí)后由汽車荷載控制設(shè)計(jì),跨中截面的最大計(jì)算彎距;因此經(jīng)體外筋加固之后,梁的抗彎強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)。3.計(jì)算抗剪強(qiáng)度該梁最大支點(diǎn)剪力由掛車-100控制,其值為;作用在梁端部體外筋中的預(yù)加力應(yīng)作為外力考慮,其豎向分量將抵消一部分外荷剪力。假定在極限狀態(tài)下,體外斜筋中的應(yīng)力為,考慮材料安全系數(shù)后,則其預(yù)剪力的豎向分量為:;計(jì)算表明,經(jīng)體外筋加固后梁端不會(huì)出現(xiàn)斜壓破壞。由規(guī)范及式得經(jīng)體外筋加固后,該梁抗剪強(qiáng)度滿足要求。
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