混凝土結構具有大約150年的曆史,為人類文明的發(fā)展做出了巨大貢獻,隨著(zhe)社會(huì)經濟的發展,人們對結構的使用性能提出了更高的要求,普通混凝土結構已不能滿足人們的需要,各種特殊結構應運而生,預應力混凝土連續梁橋就是其中一種。
關鍵詞:預應力;橋梁;評價
一、預應力混凝土連續梁橋存在(zài)的問題
由於預應力混凝土連續梁橋是一種超靜定結構,它具有很好的順(shùn)橋向抗彎剛(gāng)度和橫(héng)橋(qiáo)向抗扭剛度,跨(kuà)越能力強、整體剛度大、抗震性能好、行車平順舒(shū)適、施(shī)工簡便、養護費用低等優點。因此,近40年以來,預應力(lì)混(hún)凝土連續梁橋在世界各(gè)國(guó)的橋梁建築中得(dé)到了快速發展,跨徑也越來越大,成為在海灣、深穀上建造大跨度(dù)橋梁廣泛采用的結構形式之一。
國內外橋梁建設在過去幾十年中取得了(le)巨大的進步和(hé)卓越的(de)成就,預(yù)應力混(hún)凝土橋梁(liáng)發展也很快(kuài),無論在橋型、跨度以及施(shī)工方法與技術方麵都有突破性發(fā)展。但是,由於橋梁在建設和使用過程中,必然會受到環境、有害化學物質的侵(qīn)蝕,並要承受車輛、風、地(dì)震、疲(pí)勞、超載、人為等外來因素作用,同時橋梁所采用的材(cái)料性能也會不斷退(tuì)化,從而導致結構各部分出現不同程度的損傷。這些損傷的累積和發展不但會影響(xiǎng)橋梁的正常運營,而且會危及結構的使(shǐ)用(yòng)安(ān)全。越來(lái)越(yuè)多的(de)橋梁進入老齡化階段,需要(yào)對橋梁結構現有使用(yòng)性(xìng)能進行評(píng)價,進而加固維修。
然而,隨(suí)著預應力混凝土連續梁橋在世界各地的廣泛應用,有關這種橋(qiáo)型(xíng)的病(bìng)害也越來越多。一般的預應力混凝(níng)土連續梁(liáng)橋國內設計院按全預應力混凝土構件設計,即在正常施工(gōng)階段和使用階段不出現拉應力為主要依據(jù),設計要求嚴(yán)格。但由於連續梁橋通(tōng)常跨徑較大,導致預應力體係(xì)較為複雜、張拉噸位(wèi)力大和結(jié)構受(shòu)力(lì)複雜等問題。近些年來,部分(fèn)連續梁橋在施工和運營過程中,橋梁結構出現了(le)一些(xiē)病害,主要表現為:
l)主梁下撓,尤其是跨中撓度(dù)過大。廣東南海某大橋運營(yíng)6年後,跨中下撓22.2cm,為主跨徑的1/540,大於規範允許的1/600 ,2,3。連續(xù)梁橋後期的持續撓度過大,使得主梁跨中下凹,破壞橋麵鋪裝層,影響(xiǎng)橋梁的使用壽命和(hé)行車舒適(shì)性,甚至危及橋(qiáo)梁結構的(de)安全(quán)。
2)箱(xiāng)梁裂縫。如(rú)頂板開裂、底板(bǎn)縱向開裂(liè)、箱腹板出現斜裂縫等,並(bìng)且裂縫主要表現為縱向裂縫、彎曲裂縫、彎曲剪應力裂縫和主拉應(yīng)力(lì)裂縫。伊(yī)犁河大橋為剛構連續組合梁(liáng)橋(qiáo),在運(yùn)營期間箱梁出現(xiàn)了縱向(xiàng)裂縫,有的縱(zòng)縫較長甚(shèn)至(zhì)連(lián)續貫(guàn)通。
3)梁體斷裂。由於預應力筋失效或裂縫的進一步發展,梁體(tǐ)會發生結構性破壞。1977年竣工通車的田莊台遼河大橋,全(quán)長為878.93m,可謂是當時國內比較罕見(jiàn)的大跨徑預應力混凝土公路橋。但是,2004年6月10日早7時許,在北起第14孔和第15孔之間,懸臂梁端突然斷裂,橋板脫落。
綜合以上事例,作者認為對橋梁進行有效預應力的檢測是有(yǒu)必要的。
二、有效
預應力檢測 2.1檢測方法
針對預留檢測槽口處,局部破損波紋管及水泥砂漿處暴露出的鋼絞(jiǎo)線,應用 “預應力鋼索張力(lì)測試儀”,基於橫張位移增量法檢測(cè)原(yuán)理進行鋼絞線預張力的測試。橫張位移增量法,是依據預應力鋼絞線橫向荷載及變形測試來檢測有(yǒu)效預應力的技術。即(jí):橫張位移增(zēng)量法就是對兩端張拉鋼絞線的跨中橫(héng)向施加作(zuò)用力,測試其橫向變位值,從而推算鋼束中有效預張力。檢測中對目標(biāo)測試鋼束進行(háng)橫向張拉試驗,通過分級測試橫向張力及對應橫(héng)向位移作為基礎(chǔ)采集數據(jù),結合實用經驗公式得到橋梁關鍵預應力束有效預應力實(shí)測值。
主要儀器設(shè)備有:預應力鋼索張力測試(shì)儀(yí),數顯儀等。
2.2關鍵(jiàn)工序
在預應(yīng)力測試過程中的關鍵工序如下:
(l)檢測槽口定位
首先(xiān)根據實際情況量測檢(jiǎn)測槽口的位置及尺寸參數。
(2)測(cè)試前準備工(gōng)作
在檢測槽口定(dìng)位後,進行測試前的準備工作,主要包括切割檢測槽口處普通鋼筋、切割並剝離波紋(wén)管及支撐起(qǐ)目標測試鋼束並實現穩固夾持等三項內容。
(3)預應力鋼束測試
采(cǎi)用橫張位移增量法檢(jiǎn)測技術,使用預應力鋼索張力測(cè)試儀,對關鍵鋼束的有效預應力進行測試。
三、依托工程結構安全性分析
3.1主梁(liáng)混凝(níng)土應力分析
1、主梁上下緣混凝土應力(lì)分布
在設計狀態下計入(rù)恒載、預應(yīng)力和收縮(suō)徐變荷載,並考慮施工階段效應,計算出成橋1月後主梁(liáng)上下(xià)緣混凝土應力分布情況。按已抽檢的(de)鋼束預應力預測值,預(yù)測實際情(qíng)況(kuàng)下主梁上下緣(yuán)混凝土應力(lì)值。在實(shí)際狀態下計入恒載、預應力和(hé)收(shōu)縮徐變荷載,並考(kǎo)慮施工階段效應,計算出成橋(qiáo)1月後主梁上下緣(yuán)混凝土應力分(fèn)布情況。
2.控製截麵主梁(liáng)上(shàng)下緣混凝土應力值(zhí)
經計(jì)算分析可知,連續剛構橋控(kòng)製截麵為邊跨0.3L、中跨1/4L、支點等截麵。全橋共有邊(biān)跨0.3L截麵2個,跨中截麵4個,1/4L截(jié)麵(miàn)8個(gè),邊(biān)支點截麵(miàn)2個,中支點截麵5個。成橋1月(yuè)後,各個控製截麵主梁(liáng)上下緣混(hún)凝土應力值。
(l)荷載(zǎi)組合(hé)1作用下,成(chéng)橋(qiáo)1月後主梁上下緣混凝土應力均為壓應力。主梁(liáng)控製截(jié)麵上緣混凝土應力邊跨0.3L、中跨(kuà)跨(kuà)中、1/4L及支點處預測(cè)值均小於設計值;下緣混凝土應力邊跨0.3L和中(zhōng)跨跨中、1/4L處(chù)預測值(zhí)均小於(yú)設計值,支點處預測值部分大於設計值,部分小於設計值。
(2)荷載組合2作用下,成橋1月後主梁上下緣混凝土應力除邊(biān)跨0.3L和兩端(duān)支(zhī)點處為拉應(yīng)力外(wài),其餘各點均為壓應力。主梁控製截(jié)麵混凝土應力邊跨0.3L、中跨跨中、1/4L及支點處預測(cè)值均小(xiǎo)於設計值。
3.鋼束預應力效應產生的混凝土應力
根據上述鋼束有效(xiào)預應力實測值以及對其他鋼束索值(zhí)變化規律預測的驗證,計算混凝土應力值(計入恒載、預應力和收縮(suō)徐變荷載,考慮施工階段效應)。
3.2有效預應力衰減
由於全橋鋼束預應力分布模式以(yǐ)及有效預應力(lì)隨(suí)時間逐漸變化的規律基本一(yī)致(zhì),加上受篇幅限製在此不(bú)能一一列舉,隻是分析了其中具有代(dài)表性意義的鋼束有效預應力隨時間變化的趨勢。
由上述分析可知:
(l)隨(suí)著運營時間的增長,鋼束有效預應力預測值逐漸減(jiǎn)小,而且變化速度是(shì)先快後慢,等(děng)橋梁結構運營50年以後,預應力損失程度逐漸趨(qū)於穩定。
(2)鋼束有效預應力預測值均小於 1150MPa,嚴重(chóng)小於錨下張(zhāng)拉控製(zhì)應力,預應力的嚴重損失會不會影響結構的安全性(xìng),還需要進一步的驗算(suàn)分析。
四(sì)、主要影響因(yīn)素分析
1.預應力損失
在《公路鋼筋(jīn)混凝土及預應力混凝土橋涵(hán)設計規範》 JTGD62-2004中,通過(guò)撓度長期增長係數來實現荷載長期作用效應對構(gòu)件撓度的影(yǐng)響,即通過長期增長係數,Ms乘以荷載短期效應組組合算的撓度值來得到考慮(lǜ)荷載長期作用效應的撓(náo)度值;同樣,用長期增長係數。乘以預加力引起的反拱值來得到考慮長期效應的預加力反拱值(zhí)。
2.汽車反複作用(yòng)荷載以及超載
按照一定承載(zǎi)能(néng)力設計(jì)的橋梁(liáng)結構,在長(zhǎng)期汽車荷載反複作用期間,發(fā)生荷載超過設(shè)計值的情(qíng)況(kuàng)可能會有多次,但是,實際工程中完全因為超載而引起結構破壞的事故並不是太多。結構在長期反複荷載作用下,在(zài)其內力低(dī)於承載能力的多次作用情況下(xià)發生破壞的現象,稱之為結構疲勞。荷(hé)載對結構的重複作用次數在使用期限內累計可達數(shù)百萬次,可能產生突然的(de)脆(cuì)性破壞,有時這種危險性更大。關於混凝土材料和結構的疲勞問題,國內外有不少試驗研究成果,其中反(fǎn)複作用荷載次數對(duì)結構剛(gāng)度的影響,導致(zhì)對結(jié)構撓度影響的研究以試驗回歸公式居多。
3.混凝土收縮徐變
混凝土收縮徐變影響預應力損失,受壓區(qū)混凝土徐變以及(jí)受壓(yā)區與受(shòu)拉區混凝土收縮不一致導致構件曲率增大等等,這些都會影響橋梁結構撓度。總之,影響結構安全性的因素有很多(duō)種,還包括溫度荷載作用,係統(tǒng)升、降溫以及升溫梯度和降(jiàng)溫梯度,支座不均勻沉降等等。