花瓶式混凝土桥墩裂缝成因分析及加固方法研究

若 按 平 面 杆 系 结 构 进行 计 算 配筋 或 处 理 全 性 和 耐 久 性 ，须 对 桥墩 的 裂 缝 产 生 原
方 法 不 明 确 就会 导致 设计 上 的 问 题 ， 因进 行 分析 ．提 出加 固维 修 的 方 法 。
即 桥墩 可 能 出现 受 力裂 缝 。本 文 以某 分
离式 立交 桥 的花 瓶墩 加 固为 例进 行计 算 ，并给 出针 对 此 类桥 墩 加 固 的使 用 计 算分 析 方 法 。
裂 缝 成 因分析
由 于 花 瓶 式 桥 墩 不 同 于 平 面 杆 系 结 构 ，对桥 墩 裂 缝 成 因分 析 需 要 建 立 空
某 分 离 式 立 交 桥 ， 上 部 结 构 为
之 间设 置 两 块 弧 形导 向传 力 钢 垫 块 。施
由 于 桥 墩 顶 部 钢 筋 受 拉 工流 程 大 致 为 ：施 工期 前 在 加 固墩 两 侧 用钢 管 进 行 临 时 支 撑 ．以减 轻 桥墩 支座 受力 或 其 它 有 效 方 法 以防 施 工 过 程 中扰
动 ，使 墩 柱 裂 缝 进 一步 加 剧 ．同 时需 保
部分建模计算。在承 台处 计 算 分析
固 结 。 计 算 模 型 见 图 ２ 。 经 计算 ，在上述 均 布 力和墩 身 自
计算 参数
Ｃ 土性 ≥ 身称处向应 凝弹模 言图 对轴横正力 ３ ０ 混 图３ 见。 墩
、 ＋ 窿 生 艚
量 Ｅ ：３． Ｏｘ１０ Ｍ Ｄ口
既 可 以对 已 存 在 的裂 缝 有 所 补 裂 缝 是 由 于 受 拉 钢 筋 布 置 不 足 而 产 生
和 新 裂 缝 的 产 生 ，故 而 优 于 前
两种 加 固 方 法 。
经 比选 采 用体 外预 应 力
加 固 方 法 很 多 ．应 用 时 应 根 据 桥
外 预 应 力 钢 束 的 加 固 此 桥 能 有 效 改 善 桥 墩 受 力 状 况 ，控 制 裂 缝 的 进 ～ 步 发
直 接 浇 铸 在 行 车 道 板 上 ，所 有 上 述 不 支 撑 板 的桥 梁 中 。建 造 不 设 防 水 层 的悬 连 续 梁 式 上 部 构 造 。 设 防 水 层 铺 装 的 桥 梁 ．其 行 车 道 板 是 臂 式 行 车 道 板 的可 能 性 ．要 求 大 规 模 的 双 向 支 撑 或 四 向 支 撑 （ 单 向 板 或 双 在 各 种 气候 区域 中进 行 试 验 研 究 。 即
全桥 墩 顶 单 支座 反 力 钢 筋混 凝 土 及预 应 力 混凝 土桥 涵设 计 规
为 ： Ｒ ：５６９５ＫＮ ． 范 第６ ３ １ 定 ．部 分 预 应 力Ａ 构 件 混 － ・规 类 凝 土 允 许 拉 应 力 为 ０ ＾ 超 过 混 凝 土 － 。
Ｒ ：１２１５ＫＮ ． Ｒ 。
加 到 端 部 １３×１５ ． ｍ的 实 体 单 元 上 。 经
５
６
０６ ．０
０７ ５
３７ ３ ２
３０ ９ ８
身 恒 载 因素 的 影 响 。 即在 结 构 继 续 计 算 在 上述 均 布 力 和墩 身 自重 作 用 下 发 生 变 形 时 加 固效 果 显 著 ． 却 无 法 极 限 承载 力状 态 下 墩 身 横 向正 应 力 云 图 对 原 结 构 裂 缝 进 行 补 救 ，是 一 种 比 见 图５ 。花 瓶 墩 上 缘 截 面 只 出现 ０８ ａ ．ＭＰ 较 被 动 的 加 固 方 法 ；而 体 外 预 应 力 钢 束加 固法 由于预应 力 的作用 可 以 的 拉 应 力 ，满 足 规 范 要 求 。从 而 表 明此 加 固 方案 可 行 。
该 桥 墩 在 设 计 中 采 用 常 规 的 设 计 方 法 ，按 照平 面 杆 系 结 构 进 行 了配 筋 ．
在 桥 墩 顶 部 下 方 ４ ｍｍ 处 布 置 受 力 钢 ５ 筋 ２ 中２ ． 桥 墩 顶 部 受 拉 钢 筋 数 量 不 ６ ８。 足 ．导致 混 凝 土开 裂 墩 身 上 发现 的裂
见 表 １ 。
泊 比 ｖ ：０． 。 根 １ ６ ６
低 于 混凝 土允许 拉 应 力的部 分 由
据 。 结 ４ｈ 厶 ¨ 向 计 算 构纵 ＋ 上 部 ¨ 、Ｉ
混 凝 土 自身 承 受 。Ｊ Ｇ Ｄ ２ ０ Ｊ 路 目 小 。 。 Ｔ ６ —０ ４ｚ阳 又 。 ２ ￣
７
８ ９ １ ０ １ １
Ｏ９ Ｏ
１０ ５ １２ ０ １３ ５ １５ ．０
２４９ ． １
１９ ２ ３ １４１ ． ０ ０９ ２７ ０４ ２ ８
将 裂缝 中的恒 载效 应抵 消一部分 ，
则 从 根 本 上 解 决 桥 墩 产 生 裂 缝
间 模 型 进 行 空 间 分 析 采 用 有 限 元 软
３ ＋ ０ ３ ｍ预 应 力 钢 筋 混 凝 土连 续 件 ＭＩ ０ ４Ｘ ＋ ０ ４ ＤＡＳ Ｃｌ Ｌ ２ ０ 。 桥 墩 混 凝 土 Ｖｌ ０ ６ 箱梁 ．桥 墩 采 用钢 筋 混 凝 土 花 瓶 墩 ．如 采 用 ８ 点 块 单 元 模 拟 ， 建 模 不 考 虑 节 图 １ 示 。 该 桥 运 营 一 段 时 间 后 ，经 现 钢 筋 作 用 ，根 据 计 算 所 得 混 凝 土 拉 应 所
钢 束 的 加 固 方 法 在 桥 墩 横 向 墩 裂 缝 产 生 的原 因进 行 比 选 。 采 用 体
施 加 体 外 预 应 力 束 ， 现 配 置
１ ①３ 的精扎螺纹钢 （ 拉力 ８ ６ 张

为８ ５ Ｎ） ，构 造 示 意 图 见 图 展 。 ０Ｋ
４。 为 保 证 预 应 力 有 效 的 传 递 作者 单位 ：河 北省交通 规划设计 院 全部 由钢 筋 承 受 该部 分 混 凝 土 拉 应 力 到 桥 墩 上 ，在 桥 墩 钢 锚 箱 与 桥 墩 端 部 用积 分 法 换算 为拉 力 。 应 力图 的面；Ａｘ 身 的厚 度 ￣ ２ 墩
缝 为 受 力裂 缝 。
等 效 处 理 来 计 算 钢 筋 用
１Ｏ ５ ９ １０ ２ ５ ６ １ Ｋ ＿ ６ ５ ・ １ １ ＝ ９ ０ Ｎｏ上
量 。 因 为 主 要 计 算 墩 顶 局 述 支 座 反 力 按 均 布 力 作 用 在 墩 顶 支 座 部 受 力 状 态 ，取 承 台 以上 范 围内。
Ｎ ． ４ ５ ． ． ＝ ４ ２． ＝ ９ ５ ６ Ｘ １ ３ ６ ４ ３ＫＮ
根 据 假 定 该 拉 力 由 钢 筋 承 受 ： ＝ Ｎ ／
Ｆ ｄ ４ ２．／ ０ ０ ＝ ０ ３ ０８ ｍ２ 需 ６ ４ ３２８ ０ ０ ０．２ ０ ６
配３ ２ 钢筋 。 ７ ８
向板 ） 。 对于悬臂式行车道板 （型梁或Ｉ Ｔ 型
梁 的装 配式 上 部 构 造 ） 的桥 梁 ．目前 尚
目 前 可 以 建 议 在 下 列 各 种 结 构 需 展 开 更 大规 模 的 实验 性 建筑 ， ” 是 不
在 前 苏 联 建 造 的 装 配 式 桥 梁 ，行 型 式 中 修 建 不 设 防 水 层 的 桥 梁 行 车 道 予 加 应 力 悬 臂 式 的 和连 续 式 的钢 筋 混 车 道 板 几 乎 都 是 单 向或 三 向 支 撑 的 ，即 板 ：一 是 行 车 道 板 部 分 一 双 向 予 加 应 凝 土 上 部 构 造 ， 不 建 议 采 用 不 设 防
作者单 位 ：保 定市 保阜高速 公路 筹建处
２ １ 年第７ （ ） 《 ０ ０ 期 交通世界》 １３７ 耻
桥 梁 隧 道
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加固方 案选 择与计 算
钢 筋 数 量 不 足 ，现 须 要 在 墩 顶
增 加 受 拉 钢 筋 数 量 以提 高 承 载
其 悬 臂 梁 作 用 的 。 悬 臂 梁 的 计 算 比 较 梁 力 的 各 种 上 部 构 造 二 是 简 支 的 板 式 水 层 的 行车 道 板 。最 后 必 须 指 出 ． “ 全
式 板 的 计 算 是 在 较 大 胆 的 假 设 上 进 行 上 部 构 造 ；三 是 行 车 道 板 是 采 用 梁 式 部 建 筑 工 序 具 有 优 良质 量 ”是 保 证 不 设 的 ．其 实 际 的 强 度 安 全 系 数 较 小 ，而 作 板 或 四 向 支 撑 板 的 上 部 构 造 ， 用 普 通 防 水 层 的上 部 构 造 的耐 久 性 最 主 要 因素 用 应 力 较 大 。 因 此 建 造 不 设 防 水层 的 行 混 凝 土 浇 筑 的 简 支 式 ， 用 预 应 力 钢 筋 之 一 。 车 道 板 ，首 先 建 议应 用 在 梁 式 板 或 四 向 混 凝 土 浇 筑 的 简 支 梁 ， 以 及 悬 臂 式 和
粘 贴 钢 板 法 与 碳 纤 维 包 裹 法 对 后 的 桥 墩 。 上 部 支 座 反 力 Ｒ
距墩 顶距离 （ ｍ）
０ ０１ ５ ０３ ．０
０４ ５
应 力值 （ ａ ＭＰ ）
６５ ０ ３ ５８ ０ ．０ ５０ ３ ８
４． ８ ３ ９
桥 墩 外 形 改 变 小 ，施 工 工 艺 比 体 外 ＝ ． １ ２×５ ９ ＋ ．ｘ ２ ５ ８ ３ Ｋ ６ ５ １ ｌ １ ＝ ５ ５ Ｎ。不 考 ４ 预 应 力 钢 束 加 固法 简 单 ，但 是 这 两 虑 结 构 开 裂影 响 ，７ ％的预 应 力 （ 虑 ０ 考 种 方 法 只 能 抵 抗 外 来 的 活 载 作 用 而不 能消除 裂缝 中已存 在的桥墩 自 预 应 力 损 失 为３ ％ ）采 用 均 布荷 载 直 接 ０
结论
通 过 实 例 分 析 后 可 知 ，桥 墩 中 的 的 ， 结 构 按 平 面 杆 系 结 构 进 行 设 计 欠 妥 ．对于 此 类 问 题 及复 杂 区域 的 设 计 应 采 用有 限 元进 行 实 体 分 析 。