论文部分内容阅读
摘 要:对杭徽高速公路高架桥留下互通A匝道桥第八联31号墩端横梁修改加强各方案进行深入论证和分析,提出科学的解决方案并运用到工程实践,在技术、经济和工程质量上获得成功。
关键词:匝道;端横梁;加固;精扎螺纹钢
一、项目背景
杭徽高速公路是连接杭州、黄山两大风景旅游胜地的重要干线公路,是安徽省通往华东沿海港口的一条主要通道。高架桥段全长约12.5KM,是全省最长的高速公路高架桥,设杭州西和老余杭互通两处。
二、A匝道桥原设计方案
A匝道桥位于杭徽高速公路留下至汪家埠段第一合同段内。其上部结构共由八联预应力砼连续箱梁组成,跨径组合为5x20+4x20+4x20+4x19+5x19+4x19+3x19+2x20+(24+36+24)m,全长688m。
其中第八联为24+36+24m变宽、变高度预应力砼连续箱梁。梁高变化为:1.30m~1.70m~1.50m;梁宽变化为:12.50m~12.65m。本联起点桩号为AK0+891,接A匝道桥第七联;终点桩号为AK0+975,接主线第一联桥,全长84m。该桥第八联与第七联共用31号联接墩,与主线桥第一联共用34号联接墩。
A匝道桥为上跨天目山路的高架桥,桥梁按正交桥梁布置。因本桥第八联正位于上跨五常道口的位置,故上部结构采用24+36+24m现浇预应力混凝土连续箱梁结构,设计时按照纵向、横向均为预应力结构设计,横梁为伸出式预应力混凝土结构,下部结构采用φ100cm双柱式圆形桥墩,基础采用φ120cm嵌岩桩基础。
三、桥梁施工现状
A匝道桥下部桩基、系梁已于2005年施工完毕,立柱于2006年4月16日浇筑完成,第八联上部箱梁浇筑时间为2006年6月7日至12日。目前在立柱两侧5米左右范围内施工支架尚未拆除,与该联相连的A匝道第七联还没有进行施工。
根据31号墩处地质柱状图可以看到,周围地质情况较为特殊,在弱风化岩层中存在深度变化较大的溶洞,洞内为粘土充填。且两个桩位处溶洞深度分别为37m和25.5m,相差11.5m。桩基按嵌岩桩设计,并保证桩底以下5m范围内有完整的基岩。
四、端横梁验算
根据端横梁的支承条件,其结构形式可近似视为简支梁。作用在端横梁上的荷载分为两部分考虑,一部分为汽车荷载,另一部分为除汽车荷载以外的其他作用。计算汽车荷载对横梁产生的效应时,将汽车荷载引起的最大端支反力(以R1表示)折算为轮压荷载,按照规范规定的横向布载方式加载于横梁的最不利位置。分析表明,纵向布两列汽车时横梁受力最不利。
计算除汽车以外的其他作用对横梁产生的效应时,将考虑的各种作用引起的最大端支反力(以R2表示)等分为3个集中力,分别作用在箱梁腹板与横梁交接的位置。
横梁作用效应的计算简图分别如下:
汽车荷载效应计算简图:
除汽车以外的其他作用效应计算简图:
根据上部计算结果,端横梁处组合Ⅱ下的最大支反力为3530KN。汽车荷载引起的最大端支反力为850KN。则横梁计算简图中R1=850KN,R2=2680KN。
承载能力极限状态下横梁设计内力为:
M=3008KN-M;
Q=1306KN。
正常使用极限状态下横梁跨中截面裂缝控制弯矩为:
Mf=2370KN-M。
箱梁混凝土标号为C50,Ra=28.5Mpa,Rl=2.45Mpa。横梁截面尺寸为130cm×130cm,ag=ag’=7.5cm,h0=122.5cm。横梁当前为对称配筋,主筋11Φ25,Rg=340Mpa。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023-85),横梁抗弯承载力:
MR=(1.3-0.075-0.075)×11×490×340/1.25/1000
=1686KN·m<3008KN?m
横梁抗弯承载力不满足要求,承载力欠缺约44%。
横梁可按构造配筋的设计剪力为:
QRmin=0.038×2.45×130×122.5
=1483KN>1306KN
横梁可按构造要求配置箍筋,最小配箍率0.12%。横梁采用3环Φ12箍筋,最大间距23cm,配箍率为:
ρk=113×6/230/1300=0.22%>0.12%
横梁配箍率满足要求,但箍筋间距过大,不满足距支座中心两侧各h/2范围内箍筋间距不大于10cm的要求。
通常情况下,横梁配筋一般由裂缝控制设计,若裂缝宽度按0.2mm控制,则钢筋容许应力约为159MPa。按裂缝控制所需钢筋面积为:
Ag=2370×1000/(1.225×0.87×159)
=13986mm2
当前配筋面积5400mm2,仅占计算所需配筋量的39%。
通过综合分析、验算,认为现有端横梁已无法满足结构受力要求,特别是横梁抗弯承载能力极限状态和正常使用状态下裂缝宽度值均超过规定值较多,因此,必须采取有效措施对该横梁进行加固。
五、A匝道桥31号墩修改方案
鉴于该桥尚未通车,在立柱两侧5米左右范围内施工支架尚未拆除,与该联相连的A匝道第七联还没有进行施工,设计单位会同咨询单位针对第八联箱梁31号墩处端横梁遗漏了预应力钢束的现状,提出了以下以三种加固处理方案:
(一)用精轧螺纹钢加强端横梁
对端横梁自身的加强还可考虑对其施加预应力,下图所示为以精轧螺纹钢对横梁施加预应力的方案:
如图所示,在端横梁距梁底20cm的位置增设4根JL32mm精轧螺纹粗钢筋。抗剪不足部分,可通过在端横梁侧面粘贴钢板来解决。计算分析表明,以该方法加强后横梁抗弯承载能力和正常使用状态下的裂缝宽度均可满足要求。
该方案是在现有端横梁上避开纵向预应力钢绞线和横梁主筋的位置,水平钻孔,然后补设横向预应力,使横梁成为预应力结构。该方案由于受施工工艺限制,现阶段预应力束只能采用水平布置,与横梁的弯矩包络图不符,横梁部分断面受力状况不甚合理,但通过仔细调整钢绞线位置和预加力值,可以控制在规范部分预应力A类构件允许的范围内;该方案的优点是恢复了横梁的预应力受力状态,受力明确。由于该方案需要在横梁下缘钻孔,且钻孔长度较大,保证孔道位置的准确是该方案实施过程中的关键,若能采取有效措施保证钻孔时不发生过大的偏差,这一方案不改变原有结构外观和设计结构形式,具有良好的经济性,且周期较短,不失为一最佳方案。
(二)用钢结构加强端横梁
当前端横梁承载力不足,可考虑对横梁自身进行补强。若对横梁自身进行加强,采用在横梁端部增加一片钢梁是一种可考虑的方案。下图所示是在横梁端部增加一片由角钢和钢板焊接形成的钢梁的构思:
该方案考虑在横梁端面上植入螺栓,通过所植入的螺栓和结构胶实现钢梁与横梁端面的连接。其施工难度在于横梁端面钢筋较密,螺栓植入比较困难且不能保证螺栓间距规则。
(三)在两根立柱之间加一根立柱
端横梁由两柱受力改为三柱均匀受力,减小端横梁的受力。在原两根桩基础系梁位置加设一个承台,使三根立柱的力均匀分布到承台后传递给两根桩基础,具体见方案二桥墩一般构造图。由于两根桩基之间原有80X100的系梁,该方案承台钢筋和原系梁冲突,需要凿除原有系梁的混凝土,在两根桩上凿钢筋孔将钢筋生根。该方案的优点是不需改动上部构造,增加立柱、承台,均为常规的施工方法,施工难度小,缺点是改变了桥墩的外观。如下图所示:
六、方案比选
针对上述三个方案,我们本着科学、公正的态度,专门邀请了业内专家召开论证会进行深入分析和论证,对各方案中的重要构件或部位的安全性与合理性进行审查,并通过全面的结构受力分析,确保结构在设计年限内的安全性、可靠性和耐久性。同时对各方案从设计、施工、后期维护等诸多方面进行论证、比较,并提出改进、完善、建议。通过比选,总体认为方案一施工便于操作,质量容易控制,无安全隐患,结构外观无影响且经济合理,是一种较为科学、经济、合理的处理措施。因此,最终确定采用方案一作为31号墩端横梁的加固方案。施工图如下:
七、施工程序
1、将钢绞线束穿过预应力孔道;
2、将散索套套进钢绞线束楔入孔道端;
3、在槽口内壁抹上环氧砂浆,并及时将钢绞线穿过锚垫板后,将锚垫板推顶到环氧砂浆层上调整竖直,敲击顶紧;
4、待环氧砂浆达到强度时,将OVM15-13锚头套入钢绞线,对准位置后进行预应力张拉;
5、张拉完钢绞线后进行管道压浆,要求二次压浆,即第一次压浆达到压力值后保持压力时间超过砂浆泌水时间并且在砂浆初凝前进行第二次压浆,排出泌水,使砂浆密实饱满;
6、截除多余钢绞线并封锚头,要求槽口内适当焊入钢筋再进行封砼。
八、结束语
A匝道第八联31号墩加固方案经过科学的论证和邀请专业单位精心施工,最后获得成功,施工完成后通过各种技术指标检测,均符合规范要求,工程完工通过至今已有一年半时间,质量完好。
参考文献:
[1]中华人民共和国交通部.JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000.
[2]中华人民共和国交通部.JGT 80/-2004公路工程质量检验评定标准[s].北京:人民交通出版社,2004.
[3]王福敏等:桥梁加固技术的应用与研究.公路交通技术,2001.NO4.
[4]范立础:桥梁工程. 北京:人民交通出版社,1988.
关键词:匝道;端横梁;加固;精扎螺纹钢
一、项目背景
杭徽高速公路是连接杭州、黄山两大风景旅游胜地的重要干线公路,是安徽省通往华东沿海港口的一条主要通道。高架桥段全长约12.5KM,是全省最长的高速公路高架桥,设杭州西和老余杭互通两处。
二、A匝道桥原设计方案
A匝道桥位于杭徽高速公路留下至汪家埠段第一合同段内。其上部结构共由八联预应力砼连续箱梁组成,跨径组合为5x20+4x20+4x20+4x19+5x19+4x19+3x19+2x20+(24+36+24)m,全长688m。
其中第八联为24+36+24m变宽、变高度预应力砼连续箱梁。梁高变化为:1.30m~1.70m~1.50m;梁宽变化为:12.50m~12.65m。本联起点桩号为AK0+891,接A匝道桥第七联;终点桩号为AK0+975,接主线第一联桥,全长84m。该桥第八联与第七联共用31号联接墩,与主线桥第一联共用34号联接墩。
A匝道桥为上跨天目山路的高架桥,桥梁按正交桥梁布置。因本桥第八联正位于上跨五常道口的位置,故上部结构采用24+36+24m现浇预应力混凝土连续箱梁结构,设计时按照纵向、横向均为预应力结构设计,横梁为伸出式预应力混凝土结构,下部结构采用φ100cm双柱式圆形桥墩,基础采用φ120cm嵌岩桩基础。
三、桥梁施工现状
A匝道桥下部桩基、系梁已于2005年施工完毕,立柱于2006年4月16日浇筑完成,第八联上部箱梁浇筑时间为2006年6月7日至12日。目前在立柱两侧5米左右范围内施工支架尚未拆除,与该联相连的A匝道第七联还没有进行施工。
根据31号墩处地质柱状图可以看到,周围地质情况较为特殊,在弱风化岩层中存在深度变化较大的溶洞,洞内为粘土充填。且两个桩位处溶洞深度分别为37m和25.5m,相差11.5m。桩基按嵌岩桩设计,并保证桩底以下5m范围内有完整的基岩。
四、端横梁验算
根据端横梁的支承条件,其结构形式可近似视为简支梁。作用在端横梁上的荷载分为两部分考虑,一部分为汽车荷载,另一部分为除汽车荷载以外的其他作用。计算汽车荷载对横梁产生的效应时,将汽车荷载引起的最大端支反力(以R1表示)折算为轮压荷载,按照规范规定的横向布载方式加载于横梁的最不利位置。分析表明,纵向布两列汽车时横梁受力最不利。
计算除汽车以外的其他作用对横梁产生的效应时,将考虑的各种作用引起的最大端支反力(以R2表示)等分为3个集中力,分别作用在箱梁腹板与横梁交接的位置。
横梁作用效应的计算简图分别如下:
汽车荷载效应计算简图:
除汽车以外的其他作用效应计算简图:
根据上部计算结果,端横梁处组合Ⅱ下的最大支反力为3530KN。汽车荷载引起的最大端支反力为850KN。则横梁计算简图中R1=850KN,R2=2680KN。
承载能力极限状态下横梁设计内力为:
M=3008KN-M;
Q=1306KN。
正常使用极限状态下横梁跨中截面裂缝控制弯矩为:
Mf=2370KN-M。
箱梁混凝土标号为C50,Ra=28.5Mpa,Rl=2.45Mpa。横梁截面尺寸为130cm×130cm,ag=ag’=7.5cm,h0=122.5cm。横梁当前为对称配筋,主筋11Φ25,Rg=340Mpa。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ 023-85),横梁抗弯承载力:
MR=(1.3-0.075-0.075)×11×490×340/1.25/1000
=1686KN·m<3008KN?m
横梁抗弯承载力不满足要求,承载力欠缺约44%。
横梁可按构造配筋的设计剪力为:
QRmin=0.038×2.45×130×122.5
=1483KN>1306KN
横梁可按构造要求配置箍筋,最小配箍率0.12%。横梁采用3环Φ12箍筋,最大间距23cm,配箍率为:
ρk=113×6/230/1300=0.22%>0.12%
横梁配箍率满足要求,但箍筋间距过大,不满足距支座中心两侧各h/2范围内箍筋间距不大于10cm的要求。
通常情况下,横梁配筋一般由裂缝控制设计,若裂缝宽度按0.2mm控制,则钢筋容许应力约为159MPa。按裂缝控制所需钢筋面积为:
Ag=2370×1000/(1.225×0.87×159)
=13986mm2
当前配筋面积5400mm2,仅占计算所需配筋量的39%。
通过综合分析、验算,认为现有端横梁已无法满足结构受力要求,特别是横梁抗弯承载能力极限状态和正常使用状态下裂缝宽度值均超过规定值较多,因此,必须采取有效措施对该横梁进行加固。
五、A匝道桥31号墩修改方案
鉴于该桥尚未通车,在立柱两侧5米左右范围内施工支架尚未拆除,与该联相连的A匝道第七联还没有进行施工,设计单位会同咨询单位针对第八联箱梁31号墩处端横梁遗漏了预应力钢束的现状,提出了以下以三种加固处理方案:
(一)用精轧螺纹钢加强端横梁
对端横梁自身的加强还可考虑对其施加预应力,下图所示为以精轧螺纹钢对横梁施加预应力的方案:
如图所示,在端横梁距梁底20cm的位置增设4根JL32mm精轧螺纹粗钢筋。抗剪不足部分,可通过在端横梁侧面粘贴钢板来解决。计算分析表明,以该方法加强后横梁抗弯承载能力和正常使用状态下的裂缝宽度均可满足要求。
该方案是在现有端横梁上避开纵向预应力钢绞线和横梁主筋的位置,水平钻孔,然后补设横向预应力,使横梁成为预应力结构。该方案由于受施工工艺限制,现阶段预应力束只能采用水平布置,与横梁的弯矩包络图不符,横梁部分断面受力状况不甚合理,但通过仔细调整钢绞线位置和预加力值,可以控制在规范部分预应力A类构件允许的范围内;该方案的优点是恢复了横梁的预应力受力状态,受力明确。由于该方案需要在横梁下缘钻孔,且钻孔长度较大,保证孔道位置的准确是该方案实施过程中的关键,若能采取有效措施保证钻孔时不发生过大的偏差,这一方案不改变原有结构外观和设计结构形式,具有良好的经济性,且周期较短,不失为一最佳方案。
(二)用钢结构加强端横梁
当前端横梁承载力不足,可考虑对横梁自身进行补强。若对横梁自身进行加强,采用在横梁端部增加一片钢梁是一种可考虑的方案。下图所示是在横梁端部增加一片由角钢和钢板焊接形成的钢梁的构思:
该方案考虑在横梁端面上植入螺栓,通过所植入的螺栓和结构胶实现钢梁与横梁端面的连接。其施工难度在于横梁端面钢筋较密,螺栓植入比较困难且不能保证螺栓间距规则。
(三)在两根立柱之间加一根立柱
端横梁由两柱受力改为三柱均匀受力,减小端横梁的受力。在原两根桩基础系梁位置加设一个承台,使三根立柱的力均匀分布到承台后传递给两根桩基础,具体见方案二桥墩一般构造图。由于两根桩基之间原有80X100的系梁,该方案承台钢筋和原系梁冲突,需要凿除原有系梁的混凝土,在两根桩上凿钢筋孔将钢筋生根。该方案的优点是不需改动上部构造,增加立柱、承台,均为常规的施工方法,施工难度小,缺点是改变了桥墩的外观。如下图所示:
六、方案比选
针对上述三个方案,我们本着科学、公正的态度,专门邀请了业内专家召开论证会进行深入分析和论证,对各方案中的重要构件或部位的安全性与合理性进行审查,并通过全面的结构受力分析,确保结构在设计年限内的安全性、可靠性和耐久性。同时对各方案从设计、施工、后期维护等诸多方面进行论证、比较,并提出改进、完善、建议。通过比选,总体认为方案一施工便于操作,质量容易控制,无安全隐患,结构外观无影响且经济合理,是一种较为科学、经济、合理的处理措施。因此,最终确定采用方案一作为31号墩端横梁的加固方案。施工图如下:
七、施工程序
1、将钢绞线束穿过预应力孔道;
2、将散索套套进钢绞线束楔入孔道端;
3、在槽口内壁抹上环氧砂浆,并及时将钢绞线穿过锚垫板后,将锚垫板推顶到环氧砂浆层上调整竖直,敲击顶紧;
4、待环氧砂浆达到强度时,将OVM15-13锚头套入钢绞线,对准位置后进行预应力张拉;
5、张拉完钢绞线后进行管道压浆,要求二次压浆,即第一次压浆达到压力值后保持压力时间超过砂浆泌水时间并且在砂浆初凝前进行第二次压浆,排出泌水,使砂浆密实饱满;
6、截除多余钢绞线并封锚头,要求槽口内适当焊入钢筋再进行封砼。
八、结束语
A匝道第八联31号墩加固方案经过科学的论证和邀请专业单位精心施工,最后获得成功,施工完成后通过各种技术指标检测,均符合规范要求,工程完工通过至今已有一年半时间,质量完好。
参考文献:
[1]中华人民共和国交通部.JTJ 041-2000公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000.
[2]中华人民共和国交通部.JGT 80/-2004公路工程质量检验评定标准[s].北京:人民交通出版社,2004.
[3]王福敏等:桥梁加固技术的应用与研究.公路交通技术,2001.NO4.
[4]范立础:桥梁工程. 北京:人民交通出版社,1988.