斜塘大橋修復(fù)加固施工方案及計算分析

斜塘大橋修復(fù)加固施工方案及計算分析方案的編制依據(jù)及引用標(biāo)準(zhǔn)（1）上海市政工程設(shè)計研究總院《斜塘鋼構(gòu)－連續(xù)梁橋施工圖》及有關(guān)說明。（2）《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTGB01-2003；（3）《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》GB50367－2006；（4）《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ041－2000；（5）混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范（GB50204－2002）。符合設(shè)計要求及有關(guān)規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。修復(fù)施工總體安排2.2.1左線東側(cè)中跨箱梁底板混凝土剝落區(qū)修補：（1）先在南側(cè)底板混凝土剝落區(qū)將未灌漿的鋼束，全部放張。（2）底板放張8束后進(jìn)行剝落區(qū)混凝土清除。（3）箱梁底板局部剝落區(qū)根據(jù)預(yù)應(yīng)力管道位置及混凝土剝落深度確定清除范圍，用水沖法清除剝落區(qū)既有底板混凝土。（4）通過東側(cè)中跨PmL38＃墩東側(cè)12＃節(jié)段～PmL39＃墩西側(cè)12＃節(jié)段，共計29米范圍進(jìn)行橋面均布堆載方式進(jìn)行應(yīng)力調(diào)整，使修補區(qū)域混凝土應(yīng)力狀態(tài)接近零應(yīng)力狀態(tài)，以保證修補后的混凝土應(yīng)力狀態(tài)基本達(dá)到原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，（5），恢復(fù)預(yù)應(yīng)力管道，鋼筋，之后澆筑纖維混凝土。（6）混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計強度后再補張預(yù)應(yīng)力8束（恢復(fù)預(yù)應(yīng)力管道時根據(jù)管道穿束情況，預(yù)穿14~15Φ15.2鋼束作為預(yù)應(yīng)力儲備）。（7）在修補混凝土內(nèi)設(shè)置應(yīng)力應(yīng)變傳感器，采用荷載試驗結(jié)合計算分析方式檢驗修補混凝土是否有壓應(yīng)力儲備，如果檢測結(jié)果反映壓應(yīng)力儲備不足，再組織專家會商粘貼碳纖維補強的具體方案。左線東側(cè)混凝土剝落區(qū)修復(fù)流程圖允允預(yù)應(yīng)力儲備不足出現(xiàn)拉應(yīng)力利用掛籃搭設(shè)施工平臺砼剝落區(qū)預(yù)應(yīng)力放張8根束水沖法鑿除剝落區(qū)混凝土、界面修整綁扎鋼筋、立模涂刷界面劑、澆注纖維自流平混凝土養(yǎng)護(hù)橋面分級堆載、檢測重新張拉放張的8根束橋面分級卸載、檢測荷載試驗試驗拆除掛籃及施工平臺碳纖維加固施工橋面鋪裝、防撞墻體外預(yù)應(yīng)力橋面鋪裝、防撞墻碳纖維補強預(yù)應(yīng)力張拉8根束橋面鋪裝、防撞墻碳纖維補強預(yù)應(yīng)力張拉8根束2.2.2左線西側(cè)中跨箱梁底板混凝土剝落區(qū)修補（1）左線西側(cè)中跨箱梁預(yù)應(yīng)力根據(jù)目前現(xiàn)場鉆孔情況調(diào)查以及腹板無損檢測情況確認(rèn)。（2）位于側(cè)墻及側(cè)墻八字腳的底板束6束無上浮現(xiàn)象。腹板束、頂板束，位于側(cè)墻及側(cè)墻八字腳的底板束按正常程序施工。（3）對跨中靠近底板中線的7根鋼束，我們進(jìn)一步采用鉆洞調(diào)查和水沖法相結(jié)合的辦法檢測管道位置，確認(rèn)線性平順的無突變的予以保留，同時加強監(jiān)控，以確保施工的正常。（4）對于預(yù)應(yīng)力管道位置變化起伏較大的，我們將明確范圍后，我們將用水沖法進(jìn)一步抽槽清除預(yù)應(yīng)力管道周邊混凝土，更換波紋管，調(diào)順預(yù)應(yīng)力管道，恢復(fù)鋼筋，再進(jìn)行澆筑混凝土，養(yǎng)護(hù)期到后進(jìn)行張拉。（5）西側(cè)所有預(yù)應(yīng)力束在調(diào)整管道修補之后，統(tǒng)一按設(shè)計圖要求次序張拉。針對修復(fù)方案的計算分析技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)<1>荷載等級：公路—I級；<2>安全等級：一級，γ0＝1.1；計算依據(jù)<1>自重：預(yù)應(yīng)力混凝土容重：26KN/m3。<2>二期恒載：鋪裝采用100mm瀝青混凝土＋60mm鋼筋混凝土；其中瀝青混凝土容重：23KN/m3、鋼筋混凝土容重：25KN/m3；二期恒載集度86KN/m<3>荷載等級：公路—I級；<4>預(yù)應(yīng)力：鋼絞線錨下控制應(yīng)力；塑料波紋管，；單端錨具回縮量：6mm；鋼絞線松弛率按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)取用。采用真空灌漿技術(shù)。<5>混凝土徐變及收縮計算：混凝土收縮應(yīng)變終極值和徐變系數(shù)按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)中表6.2.7取用：各個階段混凝土收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)，按規(guī)范附錄F提供的方法計算。<6>溫度影響：體系升、降溫30℃；橋面板升、降溫溫度梯度：按市政院提供的梯度溫度效應(yīng)計算，其中，橋面升溫T1＝16.4℃，T2＝6℃；橋面降溫T1＝-8.2℃，T2＝-3℃。<7>基礎(chǔ)變位影響：不均勻沉降差：20mm。采用規(guī)范<1>《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2003）<2>《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)<3>《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)<4>《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)主要材料混凝土（1）箱梁采用C55混凝土抗壓彈性模量：E＝3.55×104MPa抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值：抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值：抗壓強度設(shè)計值：抗拉強度設(shè)計值：容重：γ＝26KN/m3線膨脹系數(shù)：k＝1.0×10-5（2）橋面鋪裝：瀝青混凝土容重：γ＝23KN/m3C30混凝土容重：γ＝25KN/m3預(yù)應(yīng)力鋼材采用符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224-2003）中1×7-15.20-1860高強度鋼絞線：抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值：張拉控制應(yīng)力：；抗拉彈性模量：E＝1.95×105MPa平面桿系計算結(jié)果（1）計算說明平面桿系分析采用橋梁博士V3.1.0網(wǎng)絡(luò)版進(jìn)行縱向整體分析，不考慮由于部分?jǐn)嗝嫫茡p導(dǎo)致的應(yīng)力集中，也未考慮斷面破損后截面有效寬度的變化。共建立兩個整體平面桿系模型。其中模型一按設(shè)計狀態(tài)考慮，按全截面計算，底板預(yù)應(yīng)力鋼束全部考慮。模型二按修復(fù)過程進(jìn)行考慮，第二跨14＃節(jié)段斷面考慮底板部分破損計算，底板破損范圍為橫橋向從底板加腋根部向內(nèi)2.5m，順橋向為小樁號側(cè)整個14號節(jié)段4.5m范圍的矩形區(qū)域，具體剝落位置見圖2.3.1、圖2.3.2，底板預(yù)應(yīng)力鋼束考慮放張8根。圖2.3-1順橋向混凝土剝落位置示意圖圖2.3-2橫斷面混凝土剝落位置圖通過對上部結(jié)構(gòu)及三個中墩進(jìn)行離散，將結(jié)構(gòu)劃分為141個節(jié)點，共140個單元。平面桿系計算模型如圖2.3.3所示。圖2.3-3平面桿系分析計算模型圖（2）施工方式本橋采用掛籃懸臂澆注施工。（3）荷載組合=1\*GB3①結(jié)構(gòu)自重＋預(yù)應(yīng)力＋施工荷載=2\*GB3②結(jié)構(gòu)自重＋預(yù)應(yīng)力＋施工荷載＋壓重荷載（4）按設(shè)計狀態(tài)分析的計算結(jié)果1、短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗算中跨合攏后張拉合攏段全部鋼束的截面內(nèi)力分布如下圖所示（注：此時掛籃未拆除，單個掛籃重量按88噸計），其中軸力以KN計，正值為壓；彎距以kN.m計。由圖中知，14＃節(jié)段端點位置斷面軸力為63687kN，彎距為-41088kN.m。圖2.3.4-1軸力分布圖圖2.3.4-2彎距分布圖按上述內(nèi)力計算結(jié)果整理得14＃節(jié)段端截面的應(yīng)力分布圖如下：圖2.3.5斷面應(yīng)力分布圖2、持久狀況正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂驗算正截面抗裂驗算通過計算，得正常使用狀態(tài)正截面上、下緣混凝土的正應(yīng)力包絡(luò)圖如圖2.3.6。圖中應(yīng)力單位以MPa計，正值代表壓應(yīng)力，負(fù)值代表拉應(yīng)力。圖2.3.6運營階段結(jié)構(gòu)上、下緣最小應(yīng)力包絡(luò)圖根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）中第6.3.1條，正截面抗裂應(yīng)對構(gòu)件正截面混凝土的拉應(yīng)力進(jìn)行驗算，并應(yīng)該符合下列規(guī)定：對于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在短期效應(yīng)組合下，混凝土拉應(yīng)力應(yīng)該滿足：由上圖可見，結(jié)構(gòu)在短期效應(yīng)組合下截面上、下緣基本全截面受壓，在第二跨第14＃節(jié)段端截面下緣存在3.39MPa的壓應(yīng)力。斜截面抗裂驗算結(jié)構(gòu)斜截面混凝土主拉應(yīng)力圖如圖2.3.7所示。圖中單位以MPa計，負(fù)值代表主拉應(yīng)力。圖2.3.7使用階段斜截面抗裂計算主拉應(yīng)力包絡(luò)圖對于全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，在短期效應(yīng)組合下，混凝土主拉應(yīng)力應(yīng)該滿足：由圖2.3.7知，截面均滿足全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件允許的主拉應(yīng)力限值。3、持久狀況正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力驗算正截面混凝土的法向壓應(yīng)力驗算經(jīng)計算，得持久狀況正截面混凝土的法向壓應(yīng)力包絡(luò)圖如圖2.3.8所示。圖中應(yīng)力單位以MPa計，正值代表拉應(yīng)力，負(fù)值代表壓應(yīng)力。圖2.3.8使用階段上、下緣正截面最大正應(yīng)力包絡(luò)圖根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）中第7.1.5條，使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面混凝土的壓應(yīng)力應(yīng)該符合下列規(guī)定：對于未開裂構(gòu)件，受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力應(yīng)滿足：由圖2.3.8知，圖中正截面混凝土最大壓應(yīng)力為17.68MPa，小于規(guī)范規(guī)定的17.75MPa。斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗算經(jīng)計算，得結(jié)構(gòu)斜截面混凝土的主壓應(yīng)力如圖2.3.9所示。圖中應(yīng)力單位以MPa計，正值代表主壓應(yīng)力。圖2.3.9使用階段斜截面最大主壓應(yīng)力包絡(luò)圖根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）中第7.1.6條，使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件斜截面混凝土的主壓應(yīng)力應(yīng)該符合下列規(guī)定：受壓區(qū)混凝土的最大主壓應(yīng)力應(yīng)滿足：由圖2.3.9知，圖中斜截面混凝土最大壓應(yīng)力為16.47MPa，小于規(guī)范規(guī)定的21.3MPa。4、持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗算正截面承載能力驗算經(jīng)過計算分析，得結(jié)構(gòu)正截面承載能力及承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)包絡(luò)圖如圖2.3.10所示（注：未計入普通鋼筋的承載能力）。圖中的單位均以KN.m計，正值代表正彎矩，負(fù)值代表負(fù)彎矩。圖2.3.10抗彎承載能力與荷載效應(yīng)包絡(luò)圖由圖2.3.10可見，結(jié)構(gòu)正截面承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)包絡(luò)圖完全處于結(jié)構(gòu)正截面承載能力包絡(luò)圖中。（5）模型二計算結(jié)果由以上計算結(jié)果可知，在正常使用極限狀態(tài)各工況下，結(jié)構(gòu)應(yīng)力均能滿足規(guī)范的相應(yīng)要求。在結(jié)構(gòu)發(fā)生底板局部剝落后，考慮按以下步驟進(jìn)行結(jié)構(gòu)的修補，修補完畢后新澆注的底板混凝土的壓應(yīng)力會與原有底板混凝土壓應(yīng)力存在應(yīng)力上的差別，因此針對此問題進(jìn)行下列分析。圖2.3.11修補方案步驟示意圖1、步驟一分析結(jié)果中跨合攏后斷面發(fā)生破損，同時放張8束底板預(yù)應(yīng)力束的截面內(nèi)力分布如圖2.3.12、圖2.3.13所示（注：此時掛籃未拆除，單個掛籃重量按88噸計），其中軸力以KN計，正值為壓；彎距以kN.m。由圖中知，14＃節(jié)段端點位置軸力為47247kN，彎距為-26221kN.m。圖2.3.12軸力分布圖圖2.3.13彎距分布圖按上述內(nèi)力計算結(jié)果整理得14＃節(jié)段端截面的應(yīng)力分布圖如圖2.3.14：圖2.3.14斷面應(yīng)力分布圖2、步驟二分析結(jié)果如對中跨12?！?2＃節(jié)段共29m范圍內(nèi)進(jìn)行壓重（此時掛籃未拆除），使得14＃節(jié)段下緣斷面應(yīng)力基本為零，則需施加189kN/m的均布荷載，此時全橋的平均應(yīng)力和內(nèi)力分布圖分別如圖2.3.15、圖2.3.16所示。其中，應(yīng)力單位為MPa，彎距單位為kN.m。圖2.3.15應(yīng)力分布圖圖2.3.16彎距分布圖此時，14＃節(jié)段端截面應(yīng)力分布圖如下圖2.3.17：圖2.3.17放張8束鋼束壓重后14＃節(jié)段端截面應(yīng)力分布圖計算表明：加載引起的斷面應(yīng)力均是符合規(guī)范要求，東側(cè)14＃節(jié)段區(qū)域的加載不會對西側(cè)橋的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。在箱梁頂緣堆載情況下，頂板的橫橋向應(yīng)力如圖2.3.18所示。計算時偏安全地將堆載都施加在箱體范圍內(nèi)。頂板跨中為應(yīng)力控制點，上緣壓應(yīng)力2.98MPa，下緣拉應(yīng)力2.52MPa。折算成彎矩為50kNm。圖2.3.18橋面板橫向應(yīng)力分布圖板中橫向配筋為φ16@125（計算中暫不考慮橫向預(yù)應(yīng)力鋼束），裂縫計算結(jié)果如下：圖2.3.19裂縫計算寬度經(jīng)計算知裂縫寬度0.14mm，滿足規(guī)范0.2mm的要求。3、步驟三分析結(jié)果斷面修補后補張拉底板8束預(yù)應(yīng)力鋼束，由補張預(yù)應(yīng)力鋼束產(chǎn)生的彎距和軸力分布圖分別如以下兩圖所示。其中，軸力單位為kN，彎距單位為kN.m。圖2.3.20軸力分布圖圖2.3.21彎距分布圖由補張的預(yù)應(yīng)力鋼束在14＃節(jié)段端截面產(chǎn)生的應(yīng)力分布圖如圖2.3.22：圖2.3.22補張的預(yù)應(yīng)力鋼束產(chǎn)生的斷面應(yīng)力分布圖4、步驟四分析結(jié)果卸除橋面壓重后，14＃節(jié)段端截面應(yīng)力分布如圖2.3.23：圖2.3.23卸載后斷面應(yīng)力分布圖通過以上四步的計算分析知，通過修補后，在第14＃節(jié)段底板新澆注的混凝土與老混凝土之間存在約1.3MPa的應(yīng)力差值。5、持久狀況正常使用極限狀態(tài)正截面抗裂驗算正截面抗裂驗算通過計算，得正常使用狀態(tài)正截面抗裂驗算工況下第14＃節(jié)段斷面應(yīng)力分布圖如圖2.3.24。圖中應(yīng)力單位以MPa計，正值代表壓應(yīng)力，負(fù)值代表拉應(yīng)力。圖2.3.24正常使用狀態(tài)正截面抗裂斷面應(yīng)力分布