大跨径连续刚构桥体外预应力束索力监测与预应力损失分析
体外预应力加固大跨度连续刚构桥质量控制

体 外 预 应 力 加 固 大 跨 度 连 续 刚 构 桥 质 量 控 制
张 伯 林
( 州 市 穗高 工 程监 理 有 限公 司 , 广 广东 广 州 5 04 ) 10 5
摘
要: 以广州某特 大桥 加固工程为例 , 绍了体 外索加 固连续 刚构桥 的施 工监理控 制要 点和 措施 , 介 包括原材 料质量控 制 , 向块 转
第3 8卷 第 1 4期 20 I2 年 5 月
山 西 建 筑
SHANXI ARC2 1 y 02
・2 43 ・
文章编号 :0 9 6 2 (0 2 1— 2 3 0 10 - 8 5 2 1 )4 0 4 -2
结构 实体检验所用 同一强 度等级 的同条件养 护试件 , 由监理 观质量 的主要 原因之一。3 混凝 土振捣 : ) 配备足够 的混 凝土振捣 器, 插入式振捣棒采 用快 进慢 出的方 式进行 振捣 , 振捣 至混 凝 土 及施工单 位根据规范进 行抽样 , 中心试验 室根 据 5 的施 工 自检 %
质量控制 , 体外 索张 拉质量控制等方面 的内容 , 从而保证 了桥梁结构 的安全性 。
关键词 : 连续 刚构桥 , 体外预应 力加固 , 向块 , 转 质量控制 中图分 类号 :4 5 7 U 4 .2 文献标 识码 : A 施工监理 内容主要包括 : 原材料质量 控制 , 固块 、 向块 施 锚 转
力结 构 。由于超载原 因, 普查 发 现桥梁 结构 存在 跨 中下挠 、 腹板 环氧涂层钢绞线 自身 防腐性 能较优 越。要求 做静 载锚 固性能 试 检验夹片 与钢绞线 咬合性 能 , 试验 表明咬痕 明显 , 环氧涂层 未 斜 向开裂 、 中跨 跨 中横 向开裂 和腹 板斜裂缝 向底板延 伸等桥 梁病 验 ,
桥梁体外预应力加固技术应用分析论文

论桥梁体外预应力加固技术应用分析摘要:应用体外预应力技术加固旧桥能改善旧桥承载能力,方便,经济,同时也不需中断交通,体外预应力技术在新时期的桥梁建设及加固过程中得到了广泛的应用,并取得了良好的社会和经济效益。
本文就桥梁体外预应力技术进行简单的介绍并结合实际案例进行详细的阐述。
关键词:桥梁体外预应力加固技术分析abstract: the application of external prestressing reinforcement old bridge to improve the carrying capacity of the old bridge, convenient, economic, but also do not need to interrupt traffic, external prestressing technology has been widely used in bridge construction and consolidation process of the new era, and have achievedgood social and economic benefits. in this paper, external prestressing of bridge for a brief introduction and actual case in detail.key words: bridge vitro; prestressed; analysis of reinforcement technology中图分类号:u445.7+2 文献标识码:a 文章编号:引言随着我国经济的飞速发展, 公路运输量大幅度提高, 车辆载重和行车密度不断增加, 作为公路交通的咽喉, 桥梁使用功能的好坏直接影响公路交通的畅通, 其正常营运是确保交通安全的关键。
然而桥梁结构由于设计过程中的历史局限或是施工过程中的初始缺陷、各种意想不到的自然灾害、自然老化, 造成现有桥梁中的相当一部分已经满足不了正常营运的要求。
体外预应力组合梁桥预应力损失计算

temperature changes)that
cause
the prestress loss of such type of
are
the bridges derived
on
are
summarized and the corresponding simplified calculation methods
Calculation of Prestress Loss of Externally Prestressed Composite Girder Bridges
CAI
Jian—junl,TAO Mu-xuan 2,NIE Jian—gu02
(1.Shandong Hi-Speed Qingdao Highway Co.,Ltd.,Qingdao 266061,China;2.Key Laboratory of Civil Engineering Safety and Durability of the Ministry of Education, Department of Civil Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)
由材料力学方法可得基本体系中单位力作用下 在点①产生的相对水平位移负,:
乩一』L鹾¨去+矗㈣
式中,E。为钢材弹性模量;Iop和A。。分别为组合截面 换算成等效钢材截面的惯性矩和截面面积;8(z)为 预应力筋距组合截面中和轴的距离;X为沿梁纵向 的截面位置,见图2;L为梁的跨度。 以下重点推导鼢的计算方法。混凝土的徐变 作用可采用等效荷载的方法计算,见图3。对沿梁 纵向X位置处的截面进行分析,假设混凝土板不受 钢梁的约束作用,产生自由徐变△£。,(z),钢梁截面 位置保持不变,此时需要在混凝土截面上施加轴向 拉力Tc,(z),作用点在混凝土截面形心。为保证组 合梁截面为平截面且截面轴力平衡,需要对整个组 合截面施加与Tc,(z)大小相等的压力C。,(z),作用
体外预应力加固连续刚构桥研究

体外预应力加固连续刚构桥研究大跨度预应力混凝土连续刚构桥具有许多优点,在近几十年来得到了广泛应用。
长期应用表明,国内外已建成的混凝土连续刚构桥均出现了不同程度的主梁开裂和中跨跨中持续超下挠现象。
主梁开裂与中跨下挠之间相互耦合,对桥梁的安全与使用性能造成严重的影响。
体外预应力加固是混凝土连续刚构桥的主要加固方法之一,是一种积极主动的加固方法,可以有效地提高主梁抗弯承载能力、增加主梁压应力储备以及改善中跨跨中下挠发展。
虽然体外预应力加固法已被大量应用于桥梁加固项目中,但仍有很多问题需要进行进一步研究。
本文通过对预应力混凝土连续刚构桥的梁体开裂和中跨下挠问题进行分析,讨论了体外预应力的加固方法,并结合清泉寺嘉陵江特大桥的工程实例,对该桥的病害和成因、加固方案与加固监测进行了研究,主要内容有: (1)论述了国内外预应力混凝土连续刚构桥的现状与问题,以及体外预应力加固方法的意义与作用。
(2)总结了预应力混凝土连续刚构桥梁体开裂与中跨下挠的问题,并分析其主要原因。
(3)阐述了体外预应力的加固体系与构造、体外预应力钢束的布置形式以及体外预应力加固的计算理论与方法。
(4)结合加固工程实例,介绍了清泉寺嘉陵江特大桥的病害问题,分析梁体开裂以及中跨跨中下挠等病害的产生原因,并对加固过程中梁体的挠度、应力以及体外预应力张拉情况进行了监测。
(5)利用有限元分析软件建立整体以及局部模型,对体外预应力加固效果进行分析,对体外预应力加固的有效性进行研究。
大跨度连续刚构桥预应力箱梁体外索加固施工

体 阐 述 了设 置 剪 力槽 、种 植 锚 筋 、浇 筑 齿 板 混 凝 土 、体 外 索 制 作 与 安装 、体 外 索 张 拉 等 施 工 技 术 。 关 键 词 :连 续 刚构 桥 ;体 外 索 ;齿 板 ;张 拉
中图分类号 : 4 82 57 U 4 .3 .
文献标识码 : A
大跨 度连 续 刚构桥预 应 力箱 梁体外索 加 固施 工
兰建 雄’ 。崔 佰 民
(. 东省 长 大 公 路 工 程 有 限 公 司 ,广 东 广 州 5 0 2 ;2 黑龙 江省 高速 公 路 建 设 局 , 黑 龙 江 哈 尔 滨 104 ) 1广 16 0 . 5 0 0
摘 要 :针 对 某 大 跨 度 连 续 刚 构 桥 出现 的 主 要 病 害 及 其 原 因 ,介 绍 了采 取 增 设 预 应 力 混 凝 土 箱 梁 体 外 索 的 加 固措 施 。具
挠 是 相 互 影 响 的 。这 是 理 论 上 分 析 的大 桥 出 现病 害
的根本 原 因。 2 大桥 加 固措施 自大桥 通 车 以来 ,交 通量 有 大幅度 增 长 ,致 使 箱
某大跨 度 预应力 混凝 土箱 梁 连续 刚构 桥 ,箱梁采
用 三 向 预 应 力 结 构 。 单 幅桥 箱 梁 为单 箱 单 室 截 面 ,
箱梁加 固采用 的体 外预 应力 钢束 均 为底板 束 。底
向裂 缝 ,分 布 于 合 拢 段 两侧 ,下 游 桥 最 大 裂缝 宽 度
为 02 .3 mm,上 游桥 最大 裂缝 宽度 为 01 . mm。 7
4 中跨跨 中附近 的 腹 板 竖 向开 裂 均是 由下 至 上 , )
2 中跨 跨 中附近 五个 梁段 内箱 梁 出现 受 弯裂 缝 , )
大跨刚构—连续梁桥的全寿命性能监测与分析

2、车辆荷载:车辆在桥梁上行驶时,会对结构产生一定的冲击效应,应考虑 车辆荷载对结构稳定性的影响。
3、风荷载:风荷载对高墩大跨径连续刚构弯桥的稳定性产生较大影响,需对 风载引起的倾翻力矩进行计算和分析。
结论
通过对高墩大跨径连续刚构弯桥的全过程稳定性进行分析,可以得出以下结论:
1、合理的材料选择和结构设计是保证高墩大跨径连续刚构弯桥稳定性的关键 因素。
2、墩身尺寸:墩身的设计应考虑桥梁的整体造型和稳定性,选用合理的截面 形状和尺寸。
3、支座布置:支座是保证桥梁稳定性的重要组成部分,需根据主梁和墩身的 布置,选择合适的支座形式和数量。
稳定性分析
针对高墩大跨径连续刚构弯桥的全过程,应进行以下稳定性分析:
1、施工阶段:在施工过程中,应考虑混凝土收缩、徐变以及预应力对结构稳 定性的影响。同时,对临时支撑体系进行稳定性分析,以避免施工过程中的安 全事故。
大跨刚构—连续梁桥的基本结构由上部结构的刚架和下部结构的连续梁组成。 刚架作为主要承重结构,具有较大的抗弯和抗剪能力;连续梁则具有较好的承 受压力和分布荷载的能力。这种组合结构可以满足大跨度、高荷载的要求,适 应现代交通发展的需要。
为了及时掌握大跨刚构—连续梁桥的性能状况,需要对以下关键性能指标进行 监测:
3、异常检测:通过比较监测数据与历史数据或预设阈值,及时发现异常情况。 当数据超过预设阈值时,发出警报提示,以便采取相应的处理措施。
4、模型拟合:利用数学模型对监测数据进行拟合,以了解结构的实际工作状 态。例如,可以采用有限元分析、神经网络等模型对数据进行拟合,以更准确 地评估结构的性能。
在实际案例中,可以结合具体桥梁工程进行全寿命性能监测与分析。例如,某 地一座大跨刚构—连续梁桥在经过多年的运营后,出现了明显的挠曲变形和应 力异常。通过安装传感器和数据采集系统,对该桥的挠度、应力和应变进行了 长期监测。
大跨度连续梁连续刚构桥常见病害及防治对策

跨中挠度(mm)
3.7
8.5
9.4 3
4
潭洲大桥(125m)挠度、裂缝相关分析
开裂程度
5.0 5.6
2
2.1 施工过程中的病害
裂缝
– – – – – 顶板横向、纵向 腹板接缝处竖向 底板纵向 预应力锚头附近 底板分层劈裂(事故)
下挠
– 纵向 – 横向
底板分层劈裂事故
2.2 成桥后的病害
裂缝
针对运营阶段的长期问题
– – – – – – 提高预应力度、改变徐变次内力 施加体外预应力 限制荷载 减轻桥梁重量 组合结构桥梁 改变结构体系
4.1针对施工阶段的问题
– 提高预应力施加的可靠性 – 合理配筋 – 科学施工、提高施工精度
4.1针对施工阶段的问题
提高预应力施加的可靠性
– 纵向预应力
3.3 施工质量问题、措施不当
预应力灌浆质量
– 灌浆不饱满 – 忘记灌浆 – 管道内存在水分,造成预应力钢筋锈蚀
3.3 施工质量问题、措施不当
模板刚度
– 挂篮变形无规律
节段之间高低不平 阶段内高低不平,横坡误差大
– 内模刚度不足
– 大范围超重,达到恒载4~5%,抵消 1~2Mpa预应力
3.3 施工质量问题、措施不当
大跨度预应力混凝土连续梁、连 续刚构桥常见病害及防治对策
桥梁工程系研究生专业讲座
ФФФ 2006年12月
1 PC连续梁(刚构)桥的发展
世界
– Worms Bridge 首创悬臂浇注施工方法 – 1964年 Bendorf Bridge 208米 – 1985年 Gateway Bridge 260米 – 1998年 Stolma Bridge 301米 – 2006年 石板坡复线 340米
浅谈体外预应力加固技术预应力损失的计算方法

影响体外预应力加固法预应力损失的因素有很多,针对不同的工程很难给出一个统一的计算方法。
因此,如何结合工程的实际,有针对性地给出预应力损失的计算方法并能满足工程精度的要求,成为体外预应力加固法预应力损失计算亟需解决的问题。
1 预应力损失的分类体外预应力加固法会产生多种预应力损失,在正常使用的极限状态计算中,应主要考虑以下几种预应力损失:(1)张拉端锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失,也称锚固损失,记作δl1;(2)预应力筋与孔道壁、张拉端锚口及转向装置的摩擦引起的预应力损失,也称摩擦损失,记作δl2;(3)混凝土的弹性压缩损失,记作δl3;(4)预应力筋的应力松弛引起的预应力损失,记作δl4;(5)混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失,记作δl5。
为了有效区分不同的预应力损失,按预应力损失发生的时间长短可分为瞬时损失(如δl1、δl2、δl3)和长期损失(如δl4、δl5)2种[1]。
2 预应力损失的计算2.1 锚固损失δl1把锚固损失定义为张拉阶段的瞬时损失是相对长期损失而言的,其实预应力锚固损失并不是瞬间产生的,而是有一个变化的过程。
研究表明,预应力筋放张后的前20 min 是预应力锚固损失最快的阶段,20 min以后逐渐放慢,直到80 min后趋于平缓。
而且锚固损失和张拉预应力有着直接关联,张拉预应力越大产生的锚固损失也越大[2]。
根据“总变形值=锚具变形值+预应力筋内缩值”这一条件,GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》(以下简称“《规范》”)给出了后张曲线(或折线)预应力筋常用束形的预应力锚固损失的计算公式:(1)抛物线形(圆心角≤90°)预应力筋损失值的计算方法如式(1)所示。
)1)((21fcfconl lxrl−+=κμδδ(1)式(1)中,δcon—预应力筋的张拉控制应力,MPa ;l f—反向摩擦影响长度,m;μ —预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数;r c—圆弧形曲线预应力筋的曲率半径,m;κ —孔道每米长度局部偏差的摩擦系数;x —张拉端至计算截面的距离,m。
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大跨径连续刚构桥体外预应力束索力监测与预应力损失分析摘要:体外预应力钢束因其可到达、可补张拉和易于更换等优点,在预应力混凝土桥梁中的运用越来越多。
本文以一新建的体内体外混合配束的大跨径连续刚构桥为背景,该桥在体外预应力施工的同时安装了一定数量的闭合式磁通量传感器,以对体外束的索力进行长期监测。
通过分析约37个月内所获得的三批监测数据,并将其与有限元分析的结果进行对比,对体外束索力的变化及引起变化的原因进行了探讨。
关键词:连续刚构桥;体外预应力;索力监测;预应力损失1 体内体外混合配束的大跨径连续刚构桥的设计简介某高速公路上一座跨越河流的大跨度悬浇变截面连续刚构桥,跨径布置63m+115m+63m,如图1所示。
设计荷载为公路I级,单幅桥面布置为0.5m护栏+11.0m行车道+0.5m护栏。
桥梁主梁为单箱单室变截面PC连续箱梁,箱梁顶板宽12m,底板宽6.5m;主梁在主墩墩顶位置梁高7m,跨中梁高3m。
图1桥梁立面该桥预应力采用双向预应力体系,在纵向预应力设计中采用体内-体外混合配束。
体内预应力钢束主要用于基本满足结构在施工与使用状态的受力要求,而体外预应力钢束则主要用于抵消体内预应力钢束长期损失的不确定性带来的不利影响,在全桥合龙后进行初次张拉,并在成桥运营阶段,视桥梁使用状况选择合适时机补张拉。
体外预应力的配置为两边跨各布置了4束Øs15.2-16,中跨布置了6束Øs15.2-16(中跨另有两根备用束),如图2所示。
体外束的设计张拉控制应力为0.45fpk =837MPa,单根钢束对应的张拉力为F=116.3kN。
体外预应力钢束采用镀锌铝合金无粘结钢绞线。
2 体外预应力监测方案简介为充分利用体外预应力方便检测与更换的特点,并为体外预应力的进一步推广利用积累基础数据,本桥在体外预应力施工的同时,即安装了一定数量的闭合式磁通量传感器,以监测体外束索力随环境温度、荷载、运营时间的变化而产生的变化。
图2现场闭合式磁通量传感器的安装根据钢束对称布置的特点以及受成本控制,每跨内在转向块前后各选取1个截面布置一定数量传感器,以对体外束的索力进行较长期的监测。
两边跨各选1束、中跨选4束各取其2根钢绞线进行监测,其余各束则只监测1根钢绞线。
单幅共布设36个磁通量传感器测点,其中中跨20个,两边跨各8个,左右幅共72个。
图2示意了传感器沿桥梁纵向布置的情况。
该桥于2015年12月31日通车运营,到目前为止,共进行了三次测量,各次测量的具体时间及桥梁对应的工况如下表所示。
表1测量概况(a)边跨(b)中跨的一半图2体外预应力的线形及传感器的布置3 体外束索力数据分析3.1 引起体外束索力变化的原因对本桥来说,已有的监测数据均针对施工状况及正常使用状况,这些状况下体外预应力筋的应力增量非常有限,可认为体外束的索力变化主要由预应力损失所导致。
引起体外预应力损失的因素主要包括:(1)钢束在转向和锚固构造内的摩擦;(2)锚具变形、钢束回缩;(3)混凝土的弹性压缩;(4)预应力钢束的应力松弛;(5)混凝土的收缩和徐变。
3.2 磁通量传感器的标定本桥在采用磁通量传感器对体外束索力进行监测时,传感器的标定是在钢束张拉至张拉控制应力的15%时进行的,这种标定方法需预估这一过程中钢束因转向和锚固构造内的摩擦而导致的损失。
因此,初始测量得到的单根索力F1(该值在钢束张拉至张拉控制应力的100%后的持荷阶段测量),与钢束的真实索力值之间,除去测量误差外,还有一些额外的误差。
但几次测量值之间的差值具有一定的实际意义,反映了钢束的各项预应力损失,如前述的第(2)、(3)项以及约10个月长时间内发生的第(4)、(5)项预应力损失之和可以从F2与F1的差别中看出,而从F3与F2的差别中则可进一步看出约27个月时间内由钢束的应力松弛和混凝土的收缩徐变所导致的预应力损失。
3.3 体外束索力的监测数据及其分析由于测量的数据较多,以下仅给出了左幅桥梁三次测量的数据,如表2和表3所示。
总体来说,左右幅桥梁体外束的索力数据呈相同的变化规律。
下列表中F0指单根钢束的理论张拉力,为116kN;F1、F2、F3分别指三次测量所得的单根索力;钢束编号中L代表小桩号侧边跨的钢束,M代表中跨的钢束,R则代表大桩号侧边跨的钢束,编号中的后缀s代表与之在横向对称的钢束,表中数据为空代表钢束在转向块的该侧没有布置传感器。
从下列表中数据可以看出,除个别钢束外,绝大部分钢束几次测量间的索力变化,趋势都非常接近。
剔除异常数据(M1钢束位于转向块右侧的传感器第三次测量数据反而增大),第二次测量与第一次测量期间发生的单根钢束索力损失平均值为7.45kN,达到理论张拉力F的6.4%;而第三次测量与第二次测量期间发生的单根钢束索力损失平均值为2.90kN,达到理论张拉力F的2.5%。
表2左幅桥梁三次测量数据(一)钢束转向块左(小桩号侧)F1(kN)F2(kN)F3(kN)F0-F1F1-F2F2-F3FFFL 1-1108.099.195.17%8%3%232-32232222333R 1-2103.793.990.511%8%3%R 2106.998.595.28%7%3%R2s------R 1s102.293.489.812%8%3%表3左幅桥梁三次测量数据(二)钢束转向块右(大桩号侧)F1(kN)F2(kN)F3(kN)F0-F1F1-F2F2-F3FFFL11154343 -4 1 2 2 2-221222323-3.4 体外预应力损失的有限元分析采用MIDAS/Civil软件建立了该桥的杆系分析模型,对预应力损失进行估算。
建模时模拟了体外预应力的索力监测过程,由于本桥的索力监测方案未能完全真实地反映钢束在转向和锚固构造内的摩擦所引起的预应力损失,在有限元分析中不考虑该项损失(因此F1=F=116kN),重点分析几次测量时间点之间的索力差值。
体外预应力钢束的张拉顺序为先中跨,然后左边跨,最后右边跨。
由模型分析得到位于各转向块左侧(小桩号侧)的监测点的预应力损失情况如表4所示。
将表4的数据与表2的数据进行比较,可以发现就几次测量间的索力变化,即(F1-F2)/F、(F2-F3)/F来说,基于有限元分析的预应力损失估算结果与监测的数据,在变化规律和量级上比较相符,监测数据整体略偏大。
总体上可以认为,体外预应力钢束的工作状态符合预期。
表4基于有限元分析的预应力损失估算钢束转向块左(小桩号侧)F2(kN)F3(kN)F1-F2F2-F3FFL 1108.1105.97.1%1.9%L 2108.6106.36.7%1.9%L 2s108.8106.56.5%1.9%L 1s108.3106.16.9%1.9%4 结语(1)对于本桥来说,监测数据表明体外预应力钢束的工作状态符合预期。
(2)监测数据表明实际发生的预应力损失要略大于有限元分析的预估值。
(3)为能进一步获得体外预应力钢束因在转向和锚固构造内的摩擦而引起的预应力损失,磁通量传感器的标定最好在钢束张拉之前进行,然后在张拉施工时校核传感器零点。
参考文献黎振源,石菊创,龙屹宇.洛维大桥体外索加固前后试验及后期监测数据分析[J].中外公路,2018(8):189-191.刘长胜.大跨径连续刚构桥体外预应力索力测试及验证[J].工程试验与研究,2017(3):34-36.黄晔,吴琛.磁通量传感器在体外索力检测中的应用[J].建材技术与应用,2007(10):18-20.郭风琪,袁石沣,单智.新型体外预应力体系预应力瞬时损失试验研究[J].铁道科学与工程学报,2014(12):1-5.张宏华.体外预应力钢束的摩阻损失试验研究[J].现代交通技术,2016(12):52-54.。