南水北调工程某桥梁负弯矩预应力加固技术
刘雪峰，陈西宁”，丰章清
（1.武警水电第二总队第五支队，江苏常州213135；2.南京水利科学研究院，江苏南京210029）
[摘要]南水北调中线工程某桥梁为保证箱梁连续端抗裂性能和负弯矩承载力满足设计要求，需对箱梁负弯矩钢束进行补强加固.介绍了具体的预应力加固工艺及步骤，及其所采取的配套措施，并对加固方案进行了理论分析 和验算，确认了方案的可行性.
[关键词]桥梁工程；负弯矩；预应力；加固
[中图分类号]TU746.3 [文献标识码]A[文章编号]1002-8498（2014）12-0072-03
MomentofaBridgeinSouth-to-northWater TransferProject Prestressed Strengthening Technology for Negative Bending
( 1. No. 5 DBetachment of No. 2 Hfydropower Forece of Armed Police Changzhou Jiangsu 213135 China ;2. Nnjng Hydrmalic Reseurch Instizute Nanjing Jiangsa 210029 China)
Abstract :The strengthening of the beams with steel strands at the negative bending moment place isbridge in South-to-north Water Transfer Project. The prestressed strengthening process and steps is needed to meet the requirement of negative bending moment bearing capacity and crack resistance for aintroduced and the corresponding measures are applied. The theory analysis and calculation for thisscheme are done. The result shows that this scheme is feasible.
Key words ;bridges; negative bending moment; prestressing: strengthening
1工程概况
且龄期≥7d时方可张拉.
南水北调中线一期工程某跨渠桥梁上部结构采用3跨25m装配式预应力混凝土先简支后连续箱梁结构，下部结构为桩柱式基础.桥长75m，宽25m，每跨桥横向布置6片中梁2片边梁，3跨共 计布置24片预制梁.箱梁间中心距D=3.1m，相互间通过0.7m宽的现浇湿接缝形成刚性连接.桥梁设计荷载等级：公路-I级.原设计箱梁就位后在桥墩支座两侧每片箱梁顶板中穿5束负弯矩钢绞线（钢绞线编号分别为T1，T2）张拉后形成连续端.其 中编号T1为3束钢绞线，张拉端距梁端3.5m；编号T2为2束钢绞线，张拉端距梁端7.0m.箱梁顶板负弯矩钢束构造情况如图1所示.每束负弯矩波纹准值f=1860MPa，张拉控制应力α=0.75f，两 管内均为5根15.2钢绞线.钢绞线抗拉强度标端对称张拉，张拉顺序为T2，T1.设计混凝土强度等级为C50，要求当混凝土达到设计强度的85%后
Fig. 1 Negative bending moment steel 图1箱梁顶板负弯矩钢束构造strands strueture at the top plate of the girder
施工期间发现箱梁顶板内预理的2束T2波纹管规格偏小，不满足穿5根钢绞线要求，每束波纹管实际只可穿4根钢绞线.为保证箱梁连续端抗裂性能和负弯矩承载力满足设计要求，需对箱梁负弯矩 钢束进行补强加固.
2加固技术
2.1加固方案
（每束少2根钢绞线），经专家咨询会讨论，采取在 对于箱梁顶板T2负弯矩波纹管规格偏小问题箱梁顶面补做4根体外张拉钢绞线补强处理，钢绞线布置情况如图2所示.
范围.
铺装层混凝土之间的防水层由原设计“三涂FYT-1 3）为加强桥面防水，将桥面沥青混凝土与现浇改进型防水层“加强为”五涂FYT-1改进型防水层”并在第2涂、第4涂时跟进喷涂1层短纤维增强层，对原设计防水层予以加强.
3理论分析和验算
3.1计算参数
原设计箱梁在支座连续端下部的钢绞线已各自锚固于各自梁端，仅考虑顶板钢绞线连续的作用.连续端截面换算净截面面积A=984150mm²，梁顶距离y，=556.36mm，形心轴距梁底距离y= 换算净截面惯性矩1=2.420×10"mm²，形心轴距843.64mm.T1，T2预应力束截面面积A分别为2 100(3 ×5Φ15. 2) 1 400(2 ×5Φ15. 2)mm² 距形心轴距离c=466.36mm，张拉控制应力a=1 395MPa C50 混&E±f. =50MPa / = 32. 4MPa /4 = 2. 65MPa / = 22. 4MPa E = 3. 45 x 10′N/mm² 钢绞线f=1 860MPa、/=1 260MPa E =1.95 ×10°N/mm² α = E/E =5. 652.
图2箱梁顶板负弯矩加固绞线布置Fig. 2 Strengthening strands at thetop plate of the girder
拉控制应力a=0.70f=1302MPa；加固前在箱 钢绞线抗拉强度标准值f=1860MPa，锚下张梁顶板预留槽内预埋锚固角钢，锚固角钢大样如图3所示；钢板材料采用Q335级，双面贴焊，焊条采用E50系列；锚具为单孔夹片锚.
3.2混凝土预应力及弯矩设计值计算
截面梁底和梁顶产生的法向应力分别按下式计算. 箱梁顶板钢绞线张拉完成后由预应力在跨中
图3箱梁顶板预埋锚固角钢大样
Fig. 3 Embeded angle steel at the top plate of the girder
梁底面应力：
2.2加固工艺
(1)
箱梁顶板体外钢绞线施工在桥面负弯矩波纹管内钢绞线张拉完成后，预留槽浇筑混凝土之前进行，具体工艺及步骤如下.
梁顶面应力：
(2)
1）按图3要求制作预理锚固角钢，并将锚固角钢按图2位置安放在预留槽A的远端，并将顶板钢筋与锚固角钢双向焊接固定.
经计算，梁底面预应力a=-2.22MPa，为拉应力，梁顶面预应力a=7.59MPa，为压应力，弯矩设计值M=5362.39kNm.
2）在预留槽内浇筑C50混凝土并酒水覆盖养护，待混凝土强度达到规定强度的85%以后，在锚 固角钢和千斤顶孔内依次穿钢绞线并两端对称张拉，保证钢纹线达到规定的张拉力.
3.3考虑T2只可穿4根钢绞线的计算
若梁顶T2两束波纹管中只可各穿4根钢绞线，则T2（标注为T2）预应力钢绞线的截面面积由1400mm²（2×5Φ°15.2）减小为1120mm²（2×4Φ15.2），则箱梁顶面各束钢绞线的预应力损失，完成 全部损失后的有效预应力，以及制作完成后由预应力在跨中截面梁底和梁顶面产生的法向应力按式（1），（2）的计算结果，以及支座截面承载力弯矩设计值分别如表1-3所示.
3）张拉完成后绑扎桥面铺装层钢筋，并浇筑铺装层混凝土.
2.3配套措施
1）为保证运行期箱梁顶板增加的体外钢索区域结构安全，适当凿除体外钢索下部混凝土1cm，使之成为有黏结预应力索，与铺装层牢固结合.
T2两束波纹管中只穿4根钢绞线时支座负弯矩截 比较梁底和梁顶面混凝土预应力计算值可见，面梁顶混凝土的预压应力及弯矩设计值均低于设计要求，抗裂性和承载力均有明显降低.
作用下开裂，在体外钢索两端锚头处桥面铺装层内 2）为防止加固钢索两端锚头部位在车辆轮压增加1层冷轧带肋钢筋网片，其规格大小同原铺装层内钢筋网片，增加的钢筋网片覆盖锚头周边50cm
Table 1 Prestress loss and efective prestress
of four steel strands in T2 MPa应力控制摩擦 类别应力损失提失提失视失 回缩压缩松 损失 徐变 累计 损失 有效 应力编号 f fe fs o T2*1 395 15.61 91. 00 43. 26 32. 91 125. 66 308. 43 1 086. 6 TI 1 395 8. 34 170. 63 43. 26 23. 88 125. 66 371. 76 1 023. 2
表2T2只穿4根钢绞线的混凝土 预应力计算参数
of four steel strands in T2
Table 2 Concrete prestressing parameters
预应力之和 偏心距 力矩之和编号 N /N _/mm N _/( N-m)T2* TI 2 148 799.9 1 216 960. 2 466. 36 466. 36 121 501 200 1 567 536 383
表3T2只穿4根钢绞线梁底和梁顶
Table 3 Prestressing and moment design values in thetop and bottom of girder for four steel strands in T2
梁底面预应力 K/ 梁项面预应力 a/MP M/(kN- m) 弯矩设计值2. 05(拉) 7. 03(压) 4 965. 00
3.4负弯矩预应力加固结构验算
该加固方案采用在箱梁顶板上补做4根（415.2）体外预应力钢绞线的方法补强.以箱梁顶板面面积A，=560mm²，补强位置如图4所示，对截 T2两束波纹管中各穿4根钢绞线为基础，钢绞线截面形心偏心距e=556.36mm（置于板顶）.考虑补强钢绞线作用后各预应力束的预应力损失、预应力总损失a及完成全部损失后的有效应力a如表4所示，考虑补强钢绞线作用后由全部预应力束在支 座截面梁底和梁顶混凝土产生的法向应力及支座截面承载力弯矩设计值如表5，6所示.
图4籍梁顶板体外补强钢绞线位置Fig. 4 Strengthening steel strandsplace external of the girder slab
4 结语
参考文献：
表4补强后钢绞线预应力损失及有效预应力
Table 4 Prestress lass and effective
prestress after strengthening MPa应力控制 应力 摩擦 回缩 损失 损失 压缩 松強 徐变提失 有效 应力编号 类别 损失 fu 损失 提失 累计T1 T2' 1 395 8.34 1 395 15.6 171 91 50. 4 50. 4 23. 0 32 138 138 327 390 1 005 1 069Tx 1 302 0 223 55.0 8.0 142 429 873
表5补强后混凝土预应力计算参数
Table 5 Conerete prestressing parameters
afler strengthening编号 预控力之和 NN m 偏心距 N /(Nm) 力矩之和T1 2 110660. 9 466. 36 518 815 8612′ Tx 1 196 716.4 488 970. 3 466. 36 556. 36 6 0$$ 560 855 272 041 454. 3
Table 6 Prestressing and moment design valuesin the top and bottom of girder after strengthening
梁底面预应力 /MPA 梁顶面预应力 /MP M/ ( kN -m) 弯矩设计值2. 47(投) 8. 03(压) 5 745. 62
力及弯矩设计值，采用在箱梁顶板上补做体外预应 经比较按原设计参数计算的混凝土法向预应力钢绞线的方法补强后，支座截面梁顶混凝土的预压应力以及弯矩设计值M均略大于按原设计参数计算的值，说明补强后箱梁支座截面的抗裂性梁底混凝土的预拉力虽也有所增大（2.47MPa），但 和受弯承载力均可满足原设计要求，并偏于安全.仍小于C50混凝土抗拉强度标准值f=2.65MPa，当使用阶段桥面有活荷载作用时，梁底混凝土的预拉力将进一步减小.
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