程纪敏,张喜军
(黑龙江省哈伊高速公路管理处)
为确定所施加的体外预应力,需要对桥面系改造前后桥梁结构的应力进行计算。计算采用桥梁博士(Ver 3.1)进行。桥面铺装层为8 cm混凝土垫层,桥面找平层为沥青混凝土,其厚度为牛腿处找平层厚度10 cm,在墩顶及挂梁的跨中截面找平层厚度为0,其间按抛物线变化。
采用桥梁博士(Ver 3.1)对桥面系改造前后结构的应力进行计算。计算时参数与JTJ 023-85规范完全相同。
(1)截面抗弯强度验算。
表1为各截面的抗弯强度与其承受的最不利极限组合内力的比较。计算截面抗力时,未计入普通钢筋及构造钢筋的影响。计算表明结构在承载能力极限状态时各截面的抗弯强度满足要求。
表1 组合I截面强度验算
(2)正常使用极限状态应力计算。
表2~表5分别为正常使用极限状态标准效应组合、长期效应组合和短期效应组合作用下,各截面的正应力和最大主应力计算结果。
表2 正常使用极限状态标准效应组合应力计算 MPa
续表2
表3 正常使用极限状态长期效应组合应力计算 MPa
表4 正常使用极限状态短期效应组合应力计算 MPa
由表3可见,在正常使用极限状态标准效应组合作用下,各控制截面上、下缘压应力的最大值为12.6 MPa,小于规范允许值13.4 MPa;最大主压应力为12.6 MPa,小于规范允许值16.1 MPa,满足规范的要求。
由表4可见,在正常使用极限状态长期效应组合作用下,各控制截面上、下缘均未出现拉应力;最大主拉应力为-0.67 MPa,小于规范允许值,满足规范的要求。
由表5可见,在正常使用极限状态短期效应组合作用下,各控制截面上、下缘均未出现拉应力;最大主拉应力为-1.14 MPa,小于规范允许值1.44 MPa(0.6ftk),满足规范要求。但T构根部截面上缘压应力储备较小,为1.91 MPa;从牛腿到6号块各截面上缘的压应力储备均小于2.0 MPa。
通过对120 mT构悬臂梁结构的计算,可以得出如下结论。
(1)桥面铺装经过改造后,在正常使用条件下,无论是按照公路JTJ 023-85规范还是按照公路JTG D60-2004规范计算,T构箱梁的各截面均能满足汽车-超50级或公路-I级荷载的使用要求,并且具有一定的强度储备。
(2)虽然从计算结果上,桥面铺装经过改造后能够满足汽车-20级或公路-I级的荷载要求,但由于桥梁已使用了近20年,并产生了一些病害,桥梁的实际承载力有所下降;另外,桥上汽车荷载远大于设计荷载,以及按照公路2004规范计算的墩顶截面上缘压应力储备较小(1.91 MPa),所以,应当增加一部分体外预应力,以增加桥梁的安全储备,延长其使用寿命。
在车辆荷载作用下桥梁结构将产生振动,同时也会引起体外索的振动。若体外索振动过大,将导致索内产生较大的索力变化,这对体外索的抗疲劳性能和锚具的工作性能不利。为防止在车辆荷载作用下体外索产生过大振动,需对体外索采取减振措施。
桥体外索减振装置采用减振横梁配合减振支架的方法,见图1。先在箱梁两腹板之间设置横向的减振横梁,横梁由两根槽钢组成,位于体外索下方并靠紧体外索的护套管,横梁的两端通过锚固钢板固结在箱梁腹板上。减振横梁每隔6 m设置一道。
减振支架由橡胶垫块、半圆形钢套管和钢支架组成。松散的体外束由橡胶垫块和两个半圆形钢套管收紧后,通过钢支架固定在减振横梁上。减振横梁上方的护套管需要剥除。
为使各体外束在护套管内更紧密地结合成为整体,在护套管内设置了体外束收紧装置,如图2。收紧装置由橡胶垫和外面的收紧钢板组成,每隔3 m设置一道。
图1 体外索减振装置构造图
图2 体外束收紧装置
分别采用新旧规范对佳木斯公路大桥加固前、后的极限承载能力状态及正常使用极限状态进行了验算。根据验算的结果,制定了体外预应力加固的设计方案,采用实体单元对锚固横梁进行了空间分析,确定了锚固横梁的构造形式和尺寸。最后,对体外索的减振装置进行了设计。
[1]张劲泉,任宏伟.桥梁的检查与评定技术.全国公路桥梁养护管理技术交流会文集[M].北京:中国建筑出版社,2002,70-88.
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