成都三环路宝成铁路桥(王贾桥)加固方案汇报.ppt

成都三环路宝成铁路桥（王贾桥） 加固方案简要汇报,汇报内容,一、桥梁概况 二、结构病害状况 三、结构分析计算 四、抢险加固的必要性和设计思路 五、抢险加固设计 六、施工监测 七、其他,一、桥梁概况,宝成铁路桥（王贾桥）位于三环路北二段，上跨宝成铁路、铁路西环线及王贾路，桥梁地理位置见下图宝成铁路桥（王贾桥）地理位置图,,王贾桥,一、桥梁概况,该桥为44×20m预应力砼简支空心板梁桥，桥长876.34m，左右幅桥梁为分离的独立桥梁，桥面宽均为21.0m，桥面布置均为0.5m（防撞护栏）+20m（行车道）+0.5m（防撞护栏），行车道为五车道，无人行道左右幅横向各布设15片大空板梁，梁高89cm，梁宽138cm，梁间通过现浇桥面板连接宝成铁路桥（王贾桥）横断面布置示意图,一、桥梁概况,桥面铺装为沥青混凝土铺装，设计荷载等级为城-A级宝成铁路桥（王贾桥）立面照,宝成铁路桥（王贾桥）平面照,二、结构病害状况,根据2014年检测结果快报，该桥部分桥跨20m先张法预应力混凝土空心板梁距梁端盖梁3m范围内，存在腹板斜向开裂，底板相应位置横向开裂现象全桥共有72块梁板存在该种病害，病害主要集中在左幅桥第7、11跨，右幅桥第7-11跨，其余桥跨病害比较分散。

二、结构病害状况,根病害区域裂缝分布为腹板斜向开裂并和底板裂缝连通，部分腹板上裂缝贯通至翼缘板根部，裂缝间间距约5~30cm目前已测最大裂缝宽度为1mm（位于梁体底板上），裂缝深度最大推定值为193.1mm（位于梁体腹板上）三、结构计算分析,3.1结构分析内容 对出现严重病害的20m（梁长19.96m）先张法预应力混凝土空心板梁结构受力进行分析，主要内容如下： 原设计状态分析：按原设计85规范对空心板梁承载能力极限状态和正常使用极限状态受力进行分析，并按04规范进行验算结构原设计状态分析主要采用《桥梁博士》建立平面杆系模型进行 本桥桥面现浇层C40混凝土8cm厚，本次检算考虑其参与梁体结构受力全桥单元外形,单元截面外形,三、结构计算分析,3.2原设计状态分析 1、主要设计参数 （1）材料：主梁和桥面防水层采用40号混凝土，钢绞线规格Φ15.24mm，标准强度1860Mpa （2）自重：主梁及现浇层自重按26kN/m³计，桥面沥青混凝土铺装按2.24kN/m计，单侧防撞墙重按6.3kN/m考虑 （3）预应力效应：每片梁布设17根Φ15.24钢绞线，梁端失效长度为0~5.95m，张拉控制应力为1357MPa和1395MPa。

（4）混凝土收缩徐变按相应规范取值 （5）温度梯度荷载：分别按85规范和04规范考虑温度梯度的作用 （6）活载：汽车采用城A荷载，温度荷载按85规范计算时为顶板升温5度；按04规范计算时为温度梯度三、结构计算分析,3.2原设计状态分析 2、横向分布系数计算 主梁荷载横向分布系数采用刚接板梁法计算，其中梁端剪力横向分布采用杠杆法计算横向分布系数计算见下表杠杆法横向分布系数计算表,刚接板梁法横向分布系数计算表,三、结构计算分析,3.2原设计状态分析 3、平面杆系模型计算结果,,,（1）承载能力极限状态截面抗弯强度验算,（2）承载能力极限状态斜截面抗剪验算,三、结构计算分析,3.2原设计状态分析 3、平面杆系模型计算结果,,,（3）正常使用极限状态截面正应力验算,（4）正常使用极限状态截面主应力验算,三、结构计算分析,3.2原设计状态分析结论：采用平面杆系模型对空心板梁受力进行了分析，结果均表明：在考虑桥面现浇层8cm厚C40混凝土参与梁体受力时，主梁正截面抗弯强度、斜截面抗剪强度、正常使用极限状态跨中截面正应力和梁端腹板主拉应力均满足原设计85及04规范的要求三、结构计算分析,3.3结构病害分析根据下表给出的本桥先张法空心板梁梁端病害在横向各片梁出现的频次，可以看到，梁端病害出现频次以主车道和重车道对应的4#～8#梁最多，说明本桥梁端病害的出现与桥面运营汽车的荷载水平有直接的关系。

三、结构计算分析,3.3结构病害分析1、汽车超载目前三环路车流量大，堵车、超载现象较为严重但由于未搜集到三环路的超载车辆的统计，借鉴广州东南西环快速路车辆治超点的统计数据，该路近两年超载车辆占受检车辆的70%以上，个别月份甚至超过95%，线路运营车辆的超载现象非常普遍与此同时，通行车辆的超载幅度很大，部分5轴或6轴车辆实测总重超出其核定载荷的300%以上三、结构计算分析,3.3结构病害分析1、汽车超载在治超点检查中出现频次较多的两种6轴货车（总重分别为82吨和100吨）实测轴重与城—A荷载重车轴重分布的对比情况可以看到，实测货车总重和单轴轴重均明显大于设计汽车荷载的重量与三环路王贾桥采用同样梁部的广州东南西环快速路三滘立交高架桥,考虑车辆超载效应时,腹板主拉应力远大于规范值，腹板可能出现斜向开裂三、结构计算分析,3.3结构病害分析2、桥面堵车在除了超载车通行外，桥面堵车是另一种常见状况重型货车集中在夜间上路，若遇桥面堵车，则易形成桥面“重车排队”的情况下图为某常见40t三轴重型自卸式货车（“泥头车”）在排队状况下的轴重分布，总重和单轴轴重均明显大于设计汽车荷载的重量与三环路王贾桥采用同样梁部的广州东南西环快速路三滘立交高架桥,在汽车超载效应类似，总重不超过设计重车荷载的情况下，“重车排队”时仍可能出现主梁截面下缘压应力储备大幅减小，梁端腹板主拉应力超限的情况，腹板可能出现斜向开裂。

三、结构计算分析,3.3结构病害分析3、其他在从病害梁体的裂缝状态来看，部分裂缝呈扭转裂缝的特征应对该桥补充检测是否存在支座脱空的情况若出现支座脱空，梁端扭转产生的剪应力也会一定程度上增大梁端腹板主拉应力和底板正应力，导致梁端腹板斜向开裂和底板开裂四、抢险加固的必要性和设计思路,4.1抢险加固的必要性和加固范围 在成都三环路自2002年建成以来，全线交通量较大且程逐年增长的趋势，超载车通行的状况仍十分严重，且堵车现象也十分严重 本桥先张法空心板梁为预应力混凝土A类结构，设计状态不允许出现结构性裂缝，目前梁端腹板和底板普遍存在开裂，且最大裂缝宽度已达1.0mm，远超过混凝土梁允许裂缝宽度，裂缝的存在使得梁端抗剪承载力明显下降，设计荷载作用下构件承载力已不满足要求，结构病害继续发展很可能发生剪压破坏，结构状态十分危险，应立即采取应急防护措施，并尽快进行加固处理 分析显示，多片式梁梁端腹板和底板的严重开裂，不仅会使得开裂梁体的使用性能和安全储备明显下降，还会因多片式梁刚度不一致而改变其荷载横向分布，导致相邻的未开裂梁体相继开裂，因而对于拟予加固的桥跨，应对同一跨各片梁均采取相同的方式进行加固处理，以确保加固后各梁刚度相近，荷载横向分布不致发生明显变化。

同时，考虑到目前存在病害的桥跨较多，且病害严重的桥跨的分布也存在较大的随机性，按目前交通流量和结构病害的发展速度，其他桥跨的梁体也很有可能在一段时间的运营后迅速发展直至破坏，考虑到病害出现的不可预见性，为了避免在后续运营中结构病害突发性发生，危及运营车辆及人员的安全，造成不可挽回的损失，建议对全桥44跨先张法空心板梁梁端病害均进行加固处理四、抢险加固的必要性和设计思路,4.2抢险加固的设计目标和技术标准在本次桥梁加固荷载标准仍按原设计城—A进行加固完成后应严格限制超载车辆的通行，避免病害的加剧发展及其他结构病害的产生 其他相关技术标准与既有桥梁一致四、抢险加固的必要性和设计思路,4.3抢险加固设计思路 本根据病害原因分析的结果，超载引起的梁端腹板主拉应力超限是引起本桥梁端裂缝出现的主要原因，而腹板斜向开裂后的截面应力状态、梁端局部预应力状态以及支座脱空产生的扭转效应等则有可能是结构病害进一步发展的原因 如前所述，部分病害十分严重的空心板梁端底板及腹板最大裂缝宽度已达到1.0mm，远超过混凝土梁允许裂缝宽度，钢筋应力幅远超过规范限值，梁体继续超载服役存在脆性断裂的可能，危及结构运营安全。

因而在对病害梁体进行结构性加固前，应首先进行限限载，并对病害严重的梁体采取临时防护措施据推算，当距梁端1m处底板横向裂缝达到0.3mm时，钢绞线应力大于1400MPa，接近钢绞线（标准强度1860MPa）抗拉设计强度1488MPa，因而选择对裂缝宽度大于或等于0.3mm的板梁进行临时防护 结构病害的加固应主要针对梁端抗剪、扭承载能力进行综合结构加固效果、施工质量的可靠性和经济性，本次选择加大截面或粘贴钢板等加固方法对梁端腹板和底板加厚处理加固后可以有效地提高梁体的抗剪和抗扭承载力，但部分加固方案会在一定程度上增加梁体自重，对主梁跨中截面受力存在一定的不利影响 另外，对于梁端腹板和底板处宽度较大的裂缝，为了在一定程度上修复开裂对梁体混凝土的损伤，在采取上述加固措施前，首先对这些裂缝进行修补处理五、抢险加固设计,5.1加固设计内容本根据上述分析结果，提出本次结构加固处理方案，主要包括如下三方面： （1）结构应急处理措施：对于结构病害非常严重的梁体，首先采用临时支撑的方式对其进行支护，降低结构运营风险 （2）桥面交通限载措施：针对目前桥梁的实际超载运营状况，对桥位运营车辆采取限载措施，避免因超重车辆的通行造成意外事故的发生，确保结构加固实施前的桥梁安全。

（3）结构加固方案：对先张法空心板梁梁端采用增大截面或粘贴钢板等方法进行处理五、抢险加固设计,5.1加固设计内容 1、应急处置措施： 对于梁端底板或腹板裂缝宽度大于0.3mm的梁体，在限载的情况下，采取临时支撑支护临时支撑采用贝雷梁架设，根据桥下净空布设3～5层贝雷梁，一榀贝雷梁纵向两片贝雷间距1.2m，其间采用支撑架连接临时支撑布置的横向宽度原则上为20m五、抢险加固设计,5.1加固设计内容 2、抢险加固方案一：加大截面 采用加大截面的方式对梁端病害进行处理对梁端4m范围内腹板和底板加厚，布设钢筋网，通过植筋与原有腹板及翼缘连接，界面混凝土应充分凿毛至露出新鲜混凝土表面受梁端空间限制，盖梁范围内仅对腹板进行加厚；同时，为了避免截面加大处突变导致的应力集中，在距梁端4m处设20cm长的腹板和底板厚度渐变段五、抢险加固设计,5.1加固设计内容 2、抢险加固方案二：粘贴钢板 采用粘贴钢板的方式对梁端病害进行处理在距离梁端4m范围内的腹板外侧粘贴斜向钢板条，在距离梁端4m范围内的底板粘贴纵向钢板条钢板采用灌注法粘贴五、抢险加固设计,5.1加固设计内容 2、抢险加固方案三：加大截面+粘贴钢板 结合上述加大截面和粘贴钢板方案，对梁端腹板截面加厚，对底板粘贴纵向钢板条，粘贴钢板设置在新旧混凝土交界处，以同时起到增强新旧混凝土链接的作用。

五、抢险加固设计,5.1加固设计内容 2、抢险加固方案四：粘贴钢板+粘贴碳纤维 腹板按照方案二粘贴钢板条，底板4m范围内粘贴两层碳纤维布五、抢险加固设计,5.1加固设计内容 3、方案必选,,,五、抢险加固设计,5.2加固效果初步分析 1）对跨中截面受力的影响 增大截面法加固会增加结构自重，对跨中截面存在一定不利影响，需对跨中截面强度作相应的检算 2）梁端抗剪承载力的提高 需按《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）第5.2.8条计算加固后的斜截面抗剪承载力的提高，其中构件开裂影响系数分别按ψcs=0.78、0.67和0.55取值同时，考虑到墩顶附近桥面连续段铺装在长期运营后可能不能较好地参与结构受力，需对极端状态下该部分铺装完全不参与结构受力时的梁端抗剪承载力进行验算 值得注意的是，由于加固后结构抗剪承载力计算理论尚不十分成熟，特别是结构损伤参数的确定带有一定的不确定性，结构施工工艺及施工控制也对加固效果有明显的影响，因而加固实际加固效果尚应通过结构监测及荷载试验进行检验 3）梁端抗弯承载力的提高 增大截面法加固可在一定程度上提高梁端截面抗弯承载力，对梁端底板横向开裂状态有一定改善作用。

由于目前梁端实际预应力状态不明，偏保守地假定该处底板现有钢绞线不参与结构受力，分析加固后梁端底板的抗弯承载力。