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预应力碳纤维板加固混凝土T梁桥的设计与运用初探

日期: 2017-02-08
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    【摘 要】 文章主要分析了预应力碳纤维板加固技术在混凝土T梁桥加固中的运用,并以某混凝土T梁桥为例,介绍了具体的加固方案,分析了加固效果,希望能够引起人们对这一问题的进一步关注,能够对混凝土T梁桥加固的实际工作提供借鉴和参考。 
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-4654674.htm
  【关键词】 混凝土T梁桥 预应力 碳纤维板 加固 
  在桥梁工程建设中,混凝土T梁桥不仅施工方便,还具有承载能力强、技术成熟、工艺可靠等优势与特点,因而在桥梁工程建设中得到了广泛的运用。但随着桥梁使用时间的增加、周围环境的破坏、车辆超载等因素的影响,混凝土T梁桥往往会不同程度的出现质量问题,必须对此进行加固处理。在加固处理中,有碳纤维布、碳纤维板等方法。碳纤维布强度高,密度小,厚度薄,施工便捷,无需大型机具设备,没有湿作业,无需动火,无需现场固定设施,施工占用场地少,施工工效高,适用于各种结构类型,各种结构部位的加固修补,如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构,特别适合于曲面及节点等复杂形式的结构加固。 
  1 项目概况和方案选择 
  1.1 项目概况 
  某段高速公路连续预应力混凝土T梁,其结构形式为18×30m先简支后连续T形梁。交付使用时,经检测发现:除个别预制T梁完好无损外,大部分预制T梁均存在裂缝的问题,并且随着时间的推移,裂缝有日渐严重的趋势,其条数日益增多,宽度不断增大,长度也在增加,影响桥梁的正常使用,必须采取相应的措施对桥梁进行加固。 
  1.2 方案选择 
  对于桥梁出现的问题,其相应的处理方案有四种,分别是:(1)更换病害梁;(2)裂缝灌浆封闭:(3)无黏接环氧钢绞线体外束;(4)预应力碳纤维板。综合分析四者的安全性、耐久性以及施工条件,选择第四种加固方案,详情如下:1)沿桥方向于T梁马蹄处张拉一层4mm厚、50mm宽、1600Mpa以上抗拉强度、1.5×104Mpa以上弹性模量、320kN最大承载力的碳纤维板;2)锚具(张拉端锚具和固定端锚具)由OVM优质材料加工而成,所用Q345钢板厚度为15mm。锚固螺栓和张拉螺杆分别是M24高强螺栓及8.8级钢制M24螺杆;3)施工结束后,需要对碳纤维板外表面进行涂料的涂抹处理,以增强防护效果。[2] 
  2 加固效果 
  计算过程中,除了要考虑预应力碳纤维板对裂缝存在梁段的加固效果之外,还应考虑对其他主梁的相关影响。以单元类别作为划分依据,可将全桥划分为三大部分,分别是主梁单元、支撑横梁单元以及横隔梁单元。全桥共计910个单元,1—440为主梁单元。计算模型如图2所示。[3] 
  2.1 主梁应力计算结果 
  主梁应力计算结果,分见表1—表3。 
  从表中给出的计算结果可知,通过预应力碳纤维板加固技术处理后的受损梁段,一方面获得了应力储备的提高,另一方面也改善了横桥向其他主梁的受力状况,作用效果和加固梁的距离大小成反比关系。[4] 
  2.2 使用过程中内力的计算 
  预应力碳纤维板加固处理过程中,需要求得受弯构件开裂弯矩的大小,一般计算方法为:先求出取消弯矩,再求出同样配筋且非预应力受弯状态下构件的开裂弯矩,最后将前面所提到的两部分弯矩按照计算公式合并,即可求得。[5]计算公式如下: 
  Mcr=M0+γmftkW0
  =1018+1.25×2.6×(0.117×1012/847)/106
  =1467(kN·m)
  公式中:M0—消压弯矩;γm—截面抵抗矩塑性系数;矩形截面—1.55;其他截面—1.25~2.0之间;ftk—混凝土的抗拉强度值;W0—换算截面下边缘的截面抵抗矩。 
  消压弯矩的计算公式为: 
  M0=δpcI0/y0=δpc/W0
  =7.37×0.117×1012/847≈1018(kN·m)
  δpc=δpc1Acf/A0+δpc1Acfecfy0/I0+δco
  =779.2×50×4×2/530000+779.2×50×4×2×(847-100)×847/0.117×1012+5.1=7.37MPa
  δpc1=δcon-δl
  =(1-16%)δcon=0.84×924=779.2Mpa
  公式中:δpc—混凝土截面压应力;I0—主梁截面换算混凝土惯性矩;A0—主梁截面换算截面面积;ecf—预应力碳纤维板的偏心矩;δcon—碳纤维板的张拉控制应力(0.5775δcfu=0.5775×1600 =924Mpa);δl—预应力施加阶段损失,其组成见表4,计算过程中取δl=16%δcon;δco—加固前预应力钢绞线产生的混凝土初始应力。 
  和原结构的开裂弯矩进行比较,可得出结构经过预应力碳纤维板加固处理后,其开裂弯矩大约提高了27%。[6] 
  3 结语 
  随着经济水平的不断提高,我国高速公路建设也在快速发展。在此过程中,装配式预应力混凝土T梁获得了广泛的应用,同时也暴露了一些问题。受设计、施工以及运营等诸多方面的影响,主梁开裂的质量问题屡见不鲜。 
  参考文献: 
  [1]赵井卫,涂金平,周泳涛.预应力碳纤维加固混凝土T梁桥的设计与应用[J].公路,2013,(01). 
  [2]吕令红.预应力混凝土T型梁桥主要病害及维修加固技术[J].华东公路,2010,(02). 
  [3]万军.碳纤维加固部分预应力梁抗弯疲劳损伤非线性分析方法[J].工程抗震与加固改造,2012,(05). 
  [4]白飞云.碳纤维板加固钢筋混凝土梁的实验研究[J].工程与建设,2012,(06).

      原文地址:http://www.xzbu.com/8/view-4654674.htm


师资力量 / Teacher
发布时间: 2018 - 09 - 27
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摘 要:目前,随着我国现代化建设事业的蓬勃发展,桥梁使用年限的增长,以及交通荷载的增加,桥梁检测已成为重中之中,该技术是一个多学科交叉的系统工作,需要各个环节协调配合才能达到一个有效的效果,本文主要介绍了几种无损检测技术的概念、原理和特点,并通过实例进行无损检测的应用说明,为工程人员提供参考信息。中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3198511.htm  关键词:检测;桥梁;工程    传统的方法是对公路桥梁随机选点,钻孔取样,在室内对所取样本进行分析和处理,从中获取各种有价值的工程参数。这种方法的局限性表现为以下几个方面:  a)因被测点是操作人员随机选择的,所以检测结果很难具有代表性;  b)由于检测点有限,覆盖面密度较小,使某些存在缺陷的不良区段反而被漏检,从而埋下质量隐患;  c)虽然钻孔取样精度高,但其会对路面造成破坏,且修补时费时费力。  无损检测技术作为快速、直观,且能够显示道桥内部状态的检测设备和技术手段,能够弥补传统方法的不足,它在开展道桥无损检测技术研究、建立科学的评价体系、改善路面设计等方面具有重要的意义,也必将带来道桥改造方案的优化和公路桥梁管养水平的提高。  桥梁的无损检测技术(NDT)有较大的发展空间,包括超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、X射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。在公路桥梁结构中应用NDT,可以提高新建结构质量的安全性;可以提供结构损伤的标志,例如,污染程度,钢筋混凝土桥梁的氯侵蚀程度;可以记录支座处的声发射,反映了裂纹或过大的摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可以作为结构评估的辅助。  在一些情况下,与侵入检测相比,无损测试更快捷,缩短了测试期间的交通管制时间,从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜在的结构空洞,雷达在NDT中的使用证明了NDT的速度和便捷...
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