PC箱梁橋加固前后損傷檢測及性能評價的理論與試驗研究.pdf

1、在土木工程結(jié)構(gòu)中,橋梁是一種在不干擾下部交通情況下跨越障礙物的工程結(jié)構(gòu)。在普通民眾看來,橋梁像花崗巖一樣堅硬,可是在工程師眼中,橋梁是一種獨特的結(jié)構(gòu)類型,它不同于我們常見的結(jié)構(gòu)物。在環(huán)境溫度作用下,橋梁結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定的膨脹或收縮;在環(huán)境風荷載的作用下,特大跨徑橋梁會發(fā)生振動。而且,橋梁還會受到來自于融雪鹽、環(huán)境腐蝕和超載作用的不利影響。橋梁是交通系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一環(huán),而且它的安全性關(guān)系到我們每個人的安危。橋梁的設(shè)計理念、技術(shù)進步,以及世

2、界范圍內(nèi)的橋梁建設(shè)中所獲得的經(jīng)驗,代表了土木工程界最為重要和引人注目的成就。
　　本文的主要研究工作包括:通過橋梁結(jié)構(gòu)的靜力和動力分析理論,分析橋梁結(jié)構(gòu)病害發(fā)生前,結(jié)構(gòu)在恒載和活載作用下的設(shè)計內(nèi)力。識別和確定橋梁結(jié)構(gòu)上構(gòu)件的病害。通過靜力和動力荷載試驗,評價橋梁結(jié)構(gòu)的靜力與動力工作性能。通過不同的損傷構(gòu)件加固維修方法,提高橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能。通過理論與實驗方法分析加固后結(jié)構(gòu)的靜力和動力響應(yīng),進而評價維修加固后橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能。<

3、br>　　針對不同的結(jié)構(gòu)形式和病害類型,本文主要以三座橋作為研究對象。第一座是佳木斯預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋,第二座是哈雙預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋,第三座是三股線部分預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋。本文通過SAP2000VER.14.2.0對這三座橋進行了理論分析,獲得了這三座橋的設(shè)計內(nèi)力,以及結(jié)構(gòu)的動力和靜力響應(yīng)。分析結(jié)果顯示,三座橋的最大應(yīng)力、應(yīng)變,最大豎向位移均滿足現(xiàn)行橋梁規(guī)范(JTGD62-04)的技術(shù)要求。但由于當時基于的橋梁設(shè)計規(guī)范(JTJ023-

4、85)所采用的設(shè)計荷載低于現(xiàn)行規(guī)范(JTGD62-04),再加上超載現(xiàn)象的普遍存在,三座橋均存在超過現(xiàn)行規(guī)范要求的拉應(yīng)力,并在拉應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)了混凝土開裂。動力分析中確定了橋梁結(jié)構(gòu)的固有頻率、受迫振動頻率、加速度、位移和沖擊系數(shù),而且分析結(jié)果顯示車輛速度對橋梁的動力響應(yīng)有明顯的響應(yīng)。
　　病害的現(xiàn)場檢查結(jié)果顯示,三座橋的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均存在不同程度的多處病害。在橋梁箱梁的不同位置都發(fā)現(xiàn)了大量的混凝土開裂現(xiàn)象,裂縫的存在影響了結(jié)構(gòu)的工作性能,

5、降低了結(jié)構(gòu)的剛度和彈性工作狀態(tài)。對混凝土碳化深度、混凝土抗壓強度、橋面完整性,以及混凝土腐蝕情況的測試,評價了橋梁材料的性能。靜載和動載測試評價了整體結(jié)構(gòu)的工作性能。根據(jù)中國規(guī)范中的評價指標,橋梁的眾多結(jié)構(gòu)構(gòu)件均存在剛度不足和承載力不足的現(xiàn)象。因此,這些橋梁均需要維修加固來提高其工作性能,并延長結(jié)構(gòu)的使用年限。
　　對這些橋梁可以有許多不同的方法來進行維修加固,以提高結(jié)構(gòu)的靜力和動力的工作性能。佳木斯大橋采用的維修加固內(nèi)容包括:維

6、修橋面鋪裝層、更換伸縮縫、處理支座、對裂縫化學灌漿處理、對頂板進行鋼板加固,以及T形懸臂結(jié)構(gòu)主跨體外預(yù)應(yīng)力加固。對哈雙大橋采用的維修加固方法包括:處理混凝土裂縫、沿橋梁縱向加厚箱梁腹板并增加體內(nèi)預(yù)應(yīng)力,以及對箱梁間的橫隔板進行混凝土加固。對三股線大橋采用的維修加固方法包括:增加10CM厚的橋面鋪裝層、對中跨和邊跨箱梁的底部使用鋼板加固、橋梁全部結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固、中跨合攏段底部下邊緣粘貼高強度混合纖維加固,以及化學灌漿處理處理混凝土的結(jié)

7、構(gòu)裂縫。
　　本文通過SAP2000VER.14.2.0分析了維修加固后橋梁結(jié)構(gòu)的靜力和動力響應(yīng)。結(jié)果顯示,加固后結(jié)構(gòu)的拉應(yīng)力降低了50％,豎向位移相對于加固前也有減小,表明這些維修加固方法有效地提高了結(jié)構(gòu)的工作性能。維修加固后結(jié)構(gòu)的固有頻率也得到了增加,這表明加固方式可有效地降低結(jié)構(gòu)振動,增大結(jié)構(gòu)彈性工作范圍。維修加固后,我們還進行了實地的病害檢查和荷載試驗,結(jié)果顯示,結(jié)構(gòu)構(gòu)件狀態(tài)良好,沒有新的裂縫產(chǎn)生,裂縫灌漿處理效果較好;外

8、貼鋼板也都處于較好的工作狀態(tài);雖然更換了全部的伸縮縫,但仍有部分伸縮縫又發(fā)生了嚴重的損害,影響了結(jié)構(gòu)整體的工作性能;體外預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)工作狀態(tài)良好;橋面板工作狀態(tài)良好,但在佳木斯大橋上橋面板局部出現(xiàn)了裂縫并且有瀝青滲出。靜載試驗結(jié)果顯示試驗值均小于理論值,表明結(jié)構(gòu)強度滿足規(guī)范要求,結(jié)構(gòu)處于良好的彈性工作狀態(tài)(哈雙大橋只進行了動載試驗)。動力試驗結(jié)果顯示,經(jīng)過了維修加固之后,結(jié)構(gòu)的固有頻率增大,實際振動頻率降低。因此,可以認為維修加固可以有效