變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁底板崩裂破壞橋梁修復(fù)施工技術(shù)研究.pdf

1、目前，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋橫截面絕大部分為箱形截面，且以單箱單室截面居多。近年來為滿足通行量的需要，箱梁截面越來越寬，為滿足通航凈空、美觀功能以及符合受力等要求，跨線、跨河橋箱梁設(shè)計成變高度形式，梁底的線形為圓曲線、拋物線、半立方拋物線等，所以變高度寬箱梁橋也因此帶來了諸多問題，在箱梁主跨跨中，為抵抗恒載和活載產(chǎn)生的正彎矩，在跨中、合攏段隨著箱梁底板的線型布置了底板預(yù)應(yīng)力束，垂直平面內(nèi)具有一定的曲率，張拉底板預(yù)應(yīng)力束后

2、，產(chǎn)生向下的附加徑向荷載，加之截面較寬，容易誘發(fā)箱梁底板崩裂、開裂。近幾年在橋梁施工中出現(xiàn)了多起這樣的事故，為此本文以南京、無錫兩座底板崩裂橋梁為背景，研究底板崩裂及開裂破壞的原因、影響因素、修復(fù)設(shè)計、修復(fù)施工方案設(shè)計、修復(fù)施工工藝設(shè)計、修復(fù)施工監(jiān)測和修復(fù)成橋的動靜載試驗等問題，為避免和修復(fù)此類事故橋梁提供參考和建議。主要研究內(nèi)容為： 針對變高度混凝土箱梁橋張拉預(yù)應(yīng)力束過程中出現(xiàn)的底板崩裂現(xiàn)象，應(yīng)用大型ANSYS軟件建立空間模型

3、，設(shè)計預(yù)應(yīng)力作用的模擬方法，分析底板預(yù)應(yīng)力束張拉后的空間效應(yīng)，研究變高度箱梁橋在預(yù)應(yīng)力和自重狀態(tài)下箱梁底板的應(yīng)力分布規(guī)律，其中箱梁底板的豎向、橫向應(yīng)力過大是導(dǎo)致底板崩裂破壞的主要原因，并分析了引起變高度箱梁底板豎向、橫向應(yīng)力過大的原因主要為：徑向力、孔道偏差、節(jié)段之間高差、非預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置等，由此提出了改進(jìn)設(shè)計措施。同時結(jié)合空間模型和計算分析，研究了跨中底板預(yù)應(yīng)力束的布置形式、變高度梁底線形分析、跨中加設(shè)橫隔板和加厚底板、以及波紋管最小施

4、工凈間距對箱梁底板的內(nèi)力影響，在此基礎(chǔ)上提出了變高度箱梁的設(shè)計建議、設(shè)計流程和構(gòu)造改進(jìn)措施，提出了最小波紋管間距計算公式。 為快速、安全地修復(fù)底板破壞箱梁的橋梁，提出了修復(fù)設(shè)計建議，提出了放張已張拉完成的底板預(yù)應(yīng)力束，切除箱梁破壞的底板，重新澆筑新底板的修復(fù)總體施工方案。應(yīng)用改進(jìn)的有限元軟件ANSYS建立空間模型，以底板崩裂破壞的無錫某橋為背景，對總體修復(fù)施工過程進(jìn)行了仿真模擬分析，分析研究修復(fù)底板崩裂橋梁的三種修復(fù)實施施工方案

5、，根據(jù)分析的保留腹板、底板的應(yīng)力分布特點，最終確定了合龍段切開、再切除底板、對腹板進(jìn)行吊拉的修復(fù)實施方案。并設(shè)計了相應(yīng)的施工工藝和嚴(yán)格的施工順序，制定了各施工過程的注意事項和具體措施。 底板破壞箱梁修復(fù)工程新澆混凝土結(jié)合面位于保留箱梁腹板之下、新澆混凝土的上表面(這種情況本文定義為逆向澆筑新老混凝土結(jié)合面)，由于新澆混凝土的表面泌水、振搗后灰漿上浮、初凝前的塑性沉陷，嚴(yán)重影響結(jié)合面的混凝土的整體性和抗剪能力，所以針對逆向澆筑腹板

6、與底板新老混凝土結(jié)合面問題，提出了符合底板修復(fù)技術(shù)要求的混凝土施工方案。在分析混凝土收縮、泌水、沉陷的影響因素和優(yōu)選原材料的基礎(chǔ)上，提出了低收縮、低泌水、低沉陷混凝土的理念和配合比設(shè)計思想及方法，并推導(dǎo)了計算公式。在研究混凝土拌合料和混凝土收縮性能基礎(chǔ)上，設(shè)計了滿足這種特殊結(jié)合面要求的最優(yōu)混凝土配合比：提出了腹板老混凝土的界面處理方案；設(shè)計了腹板混凝土界面的新穎的空間齒型；根據(jù)逆向澆筑混凝土的特點，設(shè)計了新老混凝土結(jié)合面喇叭口形支模以及

7、底模吊拉方法，結(jié)合優(yōu)化的混凝土配合比設(shè)計，解決了結(jié)合面新澆混凝土的塑性沉陷問題。 為了驗證按照本文提出的修復(fù)施工方案完成的逆向澆筑新老混凝土結(jié)合面的抗剪能力是否滿足設(shè)計和規(guī)范要求，根據(jù)本文研究設(shè)計的混凝土施工方案，設(shè)計、制作了多組二維Z型直剪試件和新穎的三維z型箱梁實體試件，并設(shè)計了大噸位的加載方案，進(jìn)行了抗剪能力對比試驗，研究逆向澆筑混凝土結(jié)合面抗剪性能。模擬施工工況的有筋有槽試件和箱梁實體模擬試件研究結(jié)果表明，逆向澆筑的新老

8、混凝土結(jié)合面無氣泡、無孔隙、無縫隙，混凝土整體性良好，模型試件的抗剪承載能力滿足設(shè)計要求。根據(jù)研究結(jié)果和相關(guān)資料提出有筋有槽的新老混凝土結(jié)合面的開裂前承載能力計算公式。 在修復(fù)施工過程中，結(jié)構(gòu)受力和變形較為復(fù)雜，為保證施工過程中整個橋梁的安全，研究設(shè)計了嚴(yán)密的監(jiān)測方案，根據(jù)修復(fù)施工方案的工況和工序，全程測試修復(fù)施工過程中箱梁應(yīng)力、撓度數(shù)據(jù)，及時分析、處理，實現(xiàn)了信息化施工。測試結(jié)果表明，施工過程中箱梁監(jiān)控截面內(nèi)力和撓度變形，均在

9、預(yù)控范圍內(nèi)。 為了對采用本文提出的修復(fù)加固方案完成的橋梁進(jìn)行承載力的評定，檢測橋梁整體受力性能是否滿足設(shè)計和規(guī)范要求，根據(jù)修復(fù)完成橋梁的結(jié)構(gòu)特點和修復(fù)施工過程設(shè)計了靜動載試驗方案，重點對修復(fù)底板破壞節(jié)段的箱梁加載進(jìn)行試驗研究，同時考慮主橋中跨破壞和修復(fù)過程中對整個橋梁承載能力的影響，對邊跨的箱梁截面也進(jìn)行了試驗研究，并對試驗數(shù)據(jù)、試驗結(jié)果進(jìn)行了科學(xué)的分析。修復(fù)施工過程中的施工監(jiān)測數(shù)據(jù)和成橋靜動載試驗的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，修復(fù)后橋梁