08钢-混凝土叠合板组合梁在苇沟桥改造加固中的应用.pdf

） 清华大学土木工程系， 北京， “ “ “ ；） 北京市市政工程管理处， “ “ “ 1 . 0 * 0 ;2 7 * 0 ; . , / - 5 1 * 5 . - 2 . 3 1 - 1 4 * 0 ; 5 2 8 , 2 * 1 . . - 8 2 7 1 . . 6 - 0 3, / . 5 - 1 6 - 5 2 8 * 0 . 3 * 1 5 2 0 5 / . 1 . 5 - 1 * 0 9 * 1 4 5 - 0 * 0 5 / . - . 1 . 1 / 4 5 1 4 / .’ 6 2 - 3 . - / * 0 ; 5 - , - 5 * 1 A . B 1 . 0 * C . 6 A，/ . 9 3 4 5 . 1 . . 6 7 9 . * ; 1 - 0 33 . 7 6 . 5 1 * 2 0， * 8 , 6 * 7 A 1 . 5 2 0 1 / 4 5 1 * 2 0, / 2 5 . 3 4 / . - 0 3 2 / 1 . 01 . 5 2 0 1 / 4 5 1 * 2 0, . / * 2 3 D 2 1 - 6 . . 0 . 7 * 1 2 7 1 . 5 0 2 6 2 ; A- 0 3. 5 2 0 2 8 * 5 ，. 1 5 - / .- 5 * . C . 3 7 / 2 81 .. 0 ; * 0 . . / * 0 ;, / - 5 1 * 5 . “ .；5 2 8 , 2 * 1 . . - 8； 1 . . 6 9 , / . 5 - 1 6 - ；5 2 0 5 / . 1 . 5 - 1 * 0 9 * 1 4；. 0 ; * 0 . . / * 0 ;, / - 5 1 * 5 . 一、 引言 随着经济的发展， 交通流量大幅度增长， 行车密度 及车辆载重越来越大。许多历史遗留下来的旧桥及二 十世纪五六十年代按旧标准修建的桥梁， 由于设计荷 载标准低， 不少桥梁承载力不足； 另外还有近年修建的 一些桥梁因设计或者施工的原因存在不同的缺陷， 这 些都会使道路的通行能力受到影响， 使在用桥梁存在 潜在的安全隐患， 不利于国民经济建设的发展。采取 有效的改造加固措施恢复和提高它们的承载力， 使其 继续为现代交通服务， 可以给国家带来巨大的经济效 益。国内已有的一些经验表明， 桥梁的加固费用约为 新建桥梁的 EF “F， 比重建新桥可以节省大量的 资金， 经济效益十分显著。在诸多的改造加固方法中， 采用钢’混凝土叠合板组合梁替换原桥承载力薄弱构 件的方案， 在技术、 施工、 综合效益上都有突出的优势。 二、 工程概况 北京机场高速路辅路苇沟桥为市区通往首都机场 交通线上的一座重要跨河公路桥， 该公路桥为钢筋混 凝土桥， 全长 “ G 8， 其中陆地桥跨为H跨， 水中桥跨 为I跨。结构形式见图。桥面结构由主梁和吊梁组 成， 吊梁支承于主梁伸臂端的牛腿上。 该桥建于 J E 年， 原设计车辆荷载为汽’ “级， 服役至今已近五十年， 由于车辆荷载的作用及环境的 影响， 桥面及主梁悬臂端与吊梁结合处均有明显的耐 久性损伤。特别是近年来， 机场高速路开通之后， 大量 超过汽’ “级的重载货车及其它货运车辆分流辅路， 流 量增大。 受 北 京 市 有 关 管 理 部 门 的 委 托 ， 我 们 对 图结构示意图 苇沟桥进行了现场检测， 并对其结构现状进行了验算 和评估。检测结果表明， 伸臂端根部即支座处有由负 弯矩产生的受拉裂缝、 伸臂端牛腿及吊梁横梁有顺筋 裂缝， 钢筋外露、 混凝土腐蚀较严重， 整体上， 该桥面混 凝土破损严重， 吊梁跨中挠度偏大， 这是由于该桥主梁 伸臂端及吊梁的刚度不足， 加上当前交通流量过大和 通行车辆荷载大大超过原荷载等级所致。验算结果表 明 一方面， 该桥在正常使用极限状态下， 主梁伸臂端 刚度不能满足汽’ “的要求， 吊梁不能满足汽’ E的 要求， 在承载力极限状态下， 吊梁承载力不能满足汽’ E的要求； 另一方面， 桥墩及基础可以满足汽’ “承 载要求， 主梁正弯矩区的承载力和刚度亦能满足汽’ “的要求。根据当前交通状况及北京市有关管理部 门的要求， 需要对该桥梁进行改造加固， 并希望通过改 造加固使该桥承载等级由汽’ “提高到汽’ “。 三、 改造加固方案的选择 如果仅 仅 对 现 有 桥 面 结 构 加 固， 不 能 解 决 从 汽 ’ “提高到汽’ “的问题， 为了提高吊梁部分的承载 力和刚度， 需要增大梁的截面， 但这样又会导致吊梁部 分的自重增加， 引起主梁悬臂端的挠度进一步增大， 远 第 卷 第 期建筑结构 “ “ 年 月 不能满足汽“ 荷载在正常使用极限状态下的要求； 另外， 实际验算表明， 增大混凝土梁截面的方法不能满 足荷载提级的要求。改造该桥的关键在于减轻吊梁的 自重， 提高吊梁的承载力和刚度。 根据笔者的研究成果， 采用钢混凝土叠合板组 合梁替代原吊梁部分的方案， 可以大大减轻吊梁部分 的自重， 在满足汽“ 使用要求的前提下， 减小主梁 伸臂端挠度， 降低主梁支座处负弯矩， 另外在原主梁的 负弯矩区段的后浇混凝土中布置无粘结预应力钢绞线 并施加预应力， 以减小主梁负弯矩区段混凝土桥面板 的裂缝宽度， 并且可以进一步减小主梁伸臂端的挠度 及吊梁跨中的挠度。 采用该改造加固方案充分利用了原主梁结构， 并 且替换部分具有自重轻、 结构性能可靠、 节省模板、 减 少临时支撑、 施工周期短、 造价低等优点。 在确定了改造加固方案后， 根据该桥的实际情况 （桥面铺装层严重龟裂、 疏松、 起壳） ， 决定将原铺装层 全部去掉， 在原桥面混凝土上植筋， 再浇筑混凝土， 此 举可使新旧混凝土很好地结合在一起并共同受力， 并 且可以有效地把现浇层中的预应力传递到原来的梁截 面上。在原主梁端部采用外包焊有栓钉的钢板并灌注 混凝土的方法加固， 从而修补因混凝土腐蚀引起的主 梁支承端的承载力损失， 并进一步提高其抗剪承载力。 四、 构件截面尺寸及预应力筋布置 吊梁部分采用主次梁体系， 平面布置如图“所示， 主次梁截面尺寸见图， 。预应力钢绞线的具体布置 和构造详见图。 图“主次梁平面布置图图主梁截面图 设计过程中， 我们根据 公路桥涵钢结构及木结构 设计规范（’ ’ “ *） ， 对用作吊梁的钢混凝土叠 合板组合梁进行设计， 对施工、 使用两个阶段荷载产生 的效应 （跨中弯矩、 端部剪力、 跨中挠度等） 分别进行了 计算和叠加。计算结果表明， 加固后的吊梁跨中抗弯 承载力、 吊梁支承于主梁处的抗剪承载力均有明显提 高， 跨中挠度也明显减小， 详见表。 采用钢混凝土叠合板组合梁的吊梁部分的自重 为 , -， 原钢筋混凝土吊梁自重 -， 替换后的吊梁比原 吊梁自重减轻 *.， 又因为在主梁负弯矩区段施加了 图次梁截面图图预应力钢绞线布置图 预应力， 不仅有效地阻止了主梁伸臂端裂缝的发展， 而 且可以使吊梁跨中挠度进一步减小， 主梁的跨中挠度 仍然满足现行规范的要求。 吊梁跨中部位抗弯承载力 （ “）表 吊梁跨中部位汽“ 要求原结构改造后 抗弯承载力 , / * / * 0 / 牛腿抗剪承载力验算一览表 （1 2）表 荷载等级汽“ 荷载 实测抗剪承载力 加固后承载力3 / , 中间孔主梁牛腿 * / * / , 吊梁主梁牛腿 * / / * / 挠度验算一览表 （44）表 挠度位置荷载等级汽 汽 汽“ 允许挠度 主梁跨 中挠度 主梁悬臂 端挠度 吊梁跨 中挠度 原来挠度 0 / * “ / “ “ / 0 加固后挠度 “ / ,“ / 原来挠度 / “ “ / 0 / 加固后挠度 / “ 原来挠度 “ * / “ / * / “ 加固后挠度 “ / , ／* 5“ , ／ 5 06 ／* 5“ , 裂缝验算一览表 （44）表’ 位置 主梁 跨中段 主梁悬 臂端部 吊梁主梁 跨中段 备注 汽 / / / , 汽 / / 0 / “ 汽“ / / , , / 汽“ （加固后） / 允 许 最 大 裂 缝 宽 度 为 / “ 44 五、 改造加固的其他构造措施 为保证新旧混凝土结合良好并形成整体协同工 作， 在预制板上表面留有预埋的梅花形布置的钢筋连 接件。浇筑混凝土时清洁预制板表面。为了增强现浇 层的整体性和防止混凝土的干缩裂缝， 在现浇层中布 置了钢筋网。主梁端部采用包钢板法加固， 在主梁端 部底面、 两侧面及端面植筋， 直径 ““ ， 间距 ， 钢板 上焊有 *栓钉， 然后钢板安装定位、 焊接成腔， 后 灌注混凝土， 为保证该处混凝土的密实， 取用细骨料 流动性好的混凝土。 “ 改造加固后的苇沟桥如图所示。 六、 静载试验结果 为了检验该桥在改造加固后的性能， 对改造加固 后的苇沟桥进行了静载试验。结果表明， 改造加固效 果十分明显， 在模拟汽“ 荷载作用下， 实测挠度如表 所示， 为了对比， 把挠度计算值也列于表中。可以 看出， 在汽“ 荷载作用下， 吊梁跨中和主梁跨中的实 测挠度分别为跨度的／’ 和／* *， 完全满足现 图改造加固后的苇沟桥 挠度计算与试验结果的对比 （）表 位置吊梁跨中主梁悬臂端主梁跨中 理论计算值 , , ’ * , - ’ 试验测量值 , , ’ - , * 行规范要求， 并且实测挠度均小于计算挠度， 说明改造 加固后的苇沟桥仍具有较大的刚度和强度储备， 改造 加固和承载提级是成功的。 七、 结语 苇沟桥的改造加固实践证明， 利用钢“混凝土组 合结构技术对桥梁结构进行改造加固是成功的， 技术 经济效益和社会效益非常显著， 符合我国基本建设的 国情， 对经济发展具有积极意义， 值得推广。 参考文献 ,聂建国， 袁彦声.钢“混凝土叠合板组合梁及其应用.建筑结构， ， （*）. ,聂建国， 沈聚敏等.滑移效应对钢“混凝土组合梁弯曲强度的影 响及计算.土木工程学报， -，’ （）. ’ ,聂建国， 沈聚敏， 袁彦声.钢“混凝土简支组合梁变形计算的一般 公式.工程力学， ， （）. ,聂建国， 余志武.钢“混凝土组合梁在我国的研究及应用.土木工 程学报， ，’ （）. ,聂建国， 沈聚敏等.钢“混凝土组合梁中剪力连接件的实际承载 力研究.建筑结构学报， ， - （）. ,聂建国， 崔玉萍.钢“混凝土组合梁在单调静载作用下的延性.建 筑结构学报， *， （）. - ,聂建国， 王洪全.钢“混凝土组合梁纵向抗剪的试验研究.建筑结 构学报， -， * （）. * ,王寒冰.苇沟桥加固改造设计.学士学位论文， 清华大学， . （上接第 页） 焊接连接， 钢板的宽度与迁移轨道宽度相同。 滚轴是建筑平移旋转的主要部件， 尤其是在必须 使建筑旋转方向时， 滚轴搁置方向需随建筑旋转轨迹 及时调整， 以便最终能够使建筑准确定位。滚轴可取 用实芯钢柱或钢管混凝土短柱。实芯钢柱一次性投资 较高， 但可以重复使用， 因此相对造价偏低， 其要求迁 移轨道必须充分平整。钢管混凝土短柱一次性投资较 低， 但大部分不能重复使用， 因此相对造价偏高， 这种 滚轴对迁移轨道的平整度要求相对较低。 四、 过程控制 建筑整体的平移旋转较直行程迁移技术难度高、 风险大， 因此施工过程需进行多点监控。对于一般建 筑整体的直行程迁移可仅进行距离和沉降监控。当建 筑整体旋转和迁移时， 则需进行距离、 沉降、 倾斜度、 建 筑顶部与底部相对位移变形的监控。北京市物资局明 光村老干部活动中心的建筑整体旋转迁移过程采用了 激光测距仪、 激光扫平移、 全站仪、 倾角仪及经纬仪对 建筑的平衡移动距离、 进入迁移轨道后的沉降、 旋转和 迁移过程的倾斜度及顶部与底部的相对位移变形进行 了全过程监控。 五、 工程实例中主要技术措施小结 北京市物资局明光村老干部活动中心的建筑整体 平移旋转工程是将一栋由两种结构形式组成的带有地 下室的多层组合结构建筑整体迁移， 其技术难度较大， 而在迁移过程中使建筑整体逐渐旋转方向就位在国内 尚属首例。 在实施该工程的设计与施工中主要采取的技术措 施为 ） 建立建筑新基础并采用刚性迁移轨道与原基 础相连接； ） 用现浇后张无粘结预应力混凝土水平框 架梁加固建筑切割面， 以使两种结构底部形成水平刚 性牵引框架底盘； ’） 用原位托换的方法在水平刚性牵 引框架底盘下安装滑动轨道和滚动装置并切断上部建 筑与基础的联系， 使建筑自重安全转移到滚动装置和 滑动轨道上； ） 用液压牵引系统拖带建筑整体平移、 旋 转； ） 为准确实现建筑整体平移与旋转过程， 预先用计 算机对建筑运动轨迹进行分析确定； ） 为实现精确的 过程监控， 采用了目前较先进的测量设备分别进行了 多点的建筑平衡移动距离、 进入迁移轨道后的沉降、 平 移和旋转过程的倾斜度、 顶部与底部相对位移变形的 监测。