桥梁牛腿应力验算及结构裂缝处理加固_桥梁博士应力验算

桥梁牛腿应力验算及结构裂缝处理加固由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“桥梁博士应力验算”。

桥梁牛腿应力验算及结构裂缝处理加固

[摘要] 本文旨在就一工程实例，运用Midas设计软件进行牛腿部位应力验算，并对现阶段混凝土桥梁裂缝成因、处理加固方法进行简略总结，进而提出本实例的加固方案。

[关键词] 裂缝；应力验算；修补加固

胜利桥位于青岛市北部，跨越青岛市非主要排洪河道李村河。全长286米，桥梁宽度20米，其中车行道宽16米，两侧人行道各宽2米，上部结构为三联十跨预应力混凝土连续箱梁，一，三联对称于河道中心线，下部结构为钢筋混凝土柱式墩台，基础为钻孔灌注桩基础。胜利桥作为青岛市的一扇北大门，对青岛的经济社会发展起到重要作用。

1、主要设计技术标准

1.设计荷载：

城-A级，人群荷载3.8Kpa 2.主要材料力学指标

箱梁采用50#混凝土，15低松弛钢绞线；松弛率〈2.5％

50#混凝土：Ra=28.5 Mpa

Eh=3.5104 Mpa 15钢绞线：Ry=1860 Mpa Ey=1.910

5Mpa 锚具：张拉端为夹片锚具，固定端为压花锚具

3.跨径布置：（28+30+28）米+(27+28+30+29)米+（28+30+28）米=286米。4.截面为单箱三室，两端各悬臂3米，总宽为20米，梁高1.6米。

5.桥梁纵向为预应力混凝土，第一，三联纵向索道为20个孔道，每孔道1215,一端固定，一端张拉，张拉力为2343.6KN，第二联纵向索道为18个孔道，每孔道1215，两端张拉。锚下控制应力1395Mpa.。

6.纵向预应力筋采用预埋铁皮套管成孔，套管内径8.5厘米；K小于0.003/米，小于0.35。7.横梁内采用横向预应力。

8.支座采用板式橡胶支座和盆式橡胶支座。9.施工方法：满堂支架现浇法。

2、用Midas设计软件进行牛腿验算（单元7，25）

2.1建立模型

几点假设和简化：

1.按梁单元建立模型。

2.梁截面按实际设计情况建立模型

3.构造配筋按与混凝土模量的折算模量考虑，不另单独考虑 4.梁支座通过约束支座处节点位移来实现。5.牛腿支座处按全横向均匀受压简化。6.加载采用车道荷载：C-A(150)2.2全桥模型及支座设置（如图①）

图①

全桥模型 2.3 牛腿细部构造模拟模型（含预应力筋）（如图②）

图②

牛腿细部模型 2.4 车道布置（如图③）

图③ 车道布置图 2.5不利截面的选取(1)支座边缘

(2)计算求得（如图④）

NyNyCos

MNhyycos2cosmcosmsintg

图④

tg22hRNysin3ReH2h3Nycos2h3m

2.6 加载过程组合及验算数据

2.6.1 单向两车道偏载+恒载+预应力荷载

单元25各截面

(单位：Pa)最大应力 : Sig_max =6.1408710

5Sig_min =9.10881105 单元7各截面最大应力 : Sig_max =2.6683010

Sig_min =-2.6684610 横截面应力 ：MAX=1.4309210

MIN=-1.6125010 2.6.2 双向四车道全载+恒载+预应力荷载 单元25各截面

最大应力 : Sig_max =6.14087 10

Sig_min =-1.4495010 横截面应力 ：MAX=1.4858210

MIN=-9.1088110

55556666单元7各截面

最大应力 : Sig_max =2.6771110

Sig_min =-2.6765110 横截面应力 ：MAX=1.43602610

MIN=-1.6176110 2.7结论：

C50混凝土的标准抗拉强度为：3 N/mm。

由验算数据可见，非设计强度不够，故不致严重影响结构安全。3.1 一般混凝土桥梁裂缝的产生主要有以下原因 3.1.1 荷载引起的裂缝：

混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。实际工程中，次应力裂缝是产生荷载裂缝的最常见原因。次应力裂缝多属张拉、劈裂、剪切性质。

荷载裂缝多出现在受拉区、受剪区或振动严重部位。但如果受压区出现起皮或有沿受压方向的短裂缝，往往是结构达到承载力极限的标志，是结构破坏的前兆，其原因往往是截面尺寸偏小。3.1.2 温度变化引起的裂缝：

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。3.1.3 收缩引起的裂缝：

在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和干缩是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。

混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。

3.1.4 地基础变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。3.1.5 钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原

26666 3 来增长约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。3.1.6 冻胀引起的裂缝

大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。3.1.7施工材料质量引起的裂缝

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。

3.1.8施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。3.2 分析本实例，裂缝产生可能的原因（1）超重车辆过桥

（2）疲劳作用引起的裂缝等。

4、混凝土桥梁上部结构裂缝处理的主要方法

4.1桥梁结构裂缝的表面封闭修补法： 4.1.1压力灌浆和凿槽嵌补法

适用性：各类混凝土桥梁的裂缝修补。缝宽小于0.3mm或表面裂缝采用表面封闭；缝宽0.3—0.5mm采用化学灌浆封闭；大于0.5mm的裂缝采用凿槽嵌补法修复

材料：非受力产生的裂缝可用水泥浆封闭；一般用环氧树脂和丙烯酸酯类（甲凝）等化学材料

工艺：裂缝检查及清理；钻孔埋嘴；嵌缝止浆；压水（气）试验；压力注浆；表面处理及检查

注意事项：裂缝较大时采用手压泵注浆；裂缝较细或注浆量小时采用注射器注浆；封闭应严格；作业要防火防毒；凿槽嵌补时应将槽内清除干净，用水泥砂浆填补时槽内应湿润，用环氧砂浆时槽内应干燥。4.1.2表面粘贴修补法 4.1.2.1玻璃布粘贴法

特点：耐水性好，强度高，材料：常用的是无捻粗纱方格布，胶结剂多为环氧基液。

注意事项：除油蜡；贴紧；上层玻璃布比下层宽1-2cm，以便压边。4.1.2.2钢板粘贴法

材料：钢板，环氧基液胶结剂等

工艺：钢板表面处理；除混凝土和钢板表面的油脂和灰土；涂环氧基液胶结剂；压贴钢板；养生；防锈处理

注意事项：表面整平，冲净；粘结剂按规定养护；作业要防火防毒 4.1.3打箍加固封闭法

适用性：主应力裂缝 材料：钢筋，钢板等

注意事项：箍筋方向与裂缝方向垂直，箍与粱的上下表面接触处可垫角钢或钢板。面积由计算而定4.1.4表面喷浆法

适用性：表面裂缝

常用方法：无筋素喷浆，挂网喷浆，与凿槽嵌补结合注意事项：剥离处除净，有缺处填塞，露筋部分除锈，最好把裂缝处凿成V形槽，喷前冲净表面，开喷前把基层湿润一下 4.2桥梁结构裂缝的主要加固方法： 4.2.1截面增强法

适用性：简支T梁，空心板梁，箱梁等；连续梁和连续刚构的局部。材料：钢材，混凝土，膨胀螺栓等

工艺：表面凿除；钢筋布设；立模浇注；养生。常与植筋法联用。

注意事项：施焊钢筋时应避免烧伤原有混凝土；钢筋定位应准确；浇注混凝土面应湿润；采用早强或膨胀混凝土，必要时对腹板和上托梁处的新老混凝土接触面埋设压浆管压浆。作业时间长；加固后结构净空有一定的减小。4.2.2粘贴加固法

4.2.2.1钢板粘贴加固法

适用性：原则上适用于任何梁，但从经济角度看，更适用于不希望增大荷载和短期要完成加固的跨度较大的连续结构

材料：钢板，膨胀螺栓，环氧树脂粘结剂等

工艺：混凝土表面磨平，钻孔安装膨胀螺栓，涂抹粘结剂，压贴钢板，拧紧膨胀螺栓，粘结剂固化养生，填塞缝隙，钢板涂漆

注意事项：钢板应平整；粘结剂应按规定养护，采用钢板应比计算需要的钢板厚些；钢板形状和粘贴部位根据需要确定；作业中要防火、防毒 4.2.2.1碳纤维粘贴加固法

适用性：同钢板粘贴加固法。

材料：碳纤维片，环氧树脂粘结剂等

工艺：混凝土表面处理，粘贴碳纤维片，养护，表面涂装

注意事项：材料应符合设计要求；粘贴剂应根据不同的温湿度决定配比；混凝土表面处理要精细；避免出现空鼓，否则必须处理；粘结剂按规定养护；作业中要防火、防毒。4.2.3改变结构体系加固法（增设纵梁法/增设立柱或桥墩；或该桥为涵）

适用性：临时通过超载车辆；桥下增设的设施不影响交通或泄洪。材料：钢筋，混凝土，钢构件等 注意事项：确定方案时应充分考虑当前和今后的桥下交通。对结构体系改变产生的支点负弯矩应认真验算并采取措施；采用加劲梁或叠合梁时应合理采用简化受力模式，应分清受力的主次结构。

4.2.4预应力加固法

适用于：预应力度下降，挠度异常增大，并留有孔道或可加设体外束的预应力梁；钢筋混凝土梁。

材料：预应力钢杆，钢筋，钢丝束，钢绞线等 注意事项：大跨度预应力连续梁和连续刚构，应通过实测挠度和施工纪录模拟反算原有预应力的损失情况，确定新设预应力的布置和张拉值。在张拉时除做好梁的挠度监测外，最好在梁体贴片监测其应变，指导施工。

采用体外预应力补强时，应重视着力点的设置，保证其牢固可靠，过度圆顺，并采取严格的防锈措施；充分考虑预应力损失。4.2.5增设纵梁加固法

适用性：墩台以及基础承载力较富余；同时需要加固和拓宽的桥。材料：钢筋，混凝土

工艺：在旧桥中间增设纵梁；拆除个别主梁或两相邻主梁之间的翼板，在空位上安装承载力比原来大的纵梁；在旧桥侧增设纵梁与新建桥无大的区别，唯需做好新旧联结。

注意事项：做好新旧混凝土之间的横向联结，保证共同作用效果；新旧梁之间的联系方式主要有：企口铰接、键槽联结、焊接和钢板铰接。4.2.6更换部分或全部主梁法

方法：将旧梁部分或全部卸除，再部分或全部更换上荷载等级高的新梁

注意事项：由于要废除旧桥面，所以造价较高，同时旧桥面的拆除影响交通的时间较长 4.2.7桥面补强增加固法

适用性：出现裂缝、剥落等损坏的桥面板，提高粱的抗弯能力。优点：提高原有梁板的有效高度，增加梁板的抗弯能力，改善铰接梁板的荷载横向分布，提高桥梁荷载能力。

常用方法：钢筋网混凝土，钢筋网与膨胀混凝土，刚纤维混凝土 4.2.8置换混凝土加固法

适用于：受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的梁、柱等混凝土承重构件的加固。

材料：钢纤维混凝土等

注意事项：存在施工的湿作业时间长的缺点。

5、本实例加固方案选择：

方案一：植筋法和截面增强法联用。在牛腿底部植筋，布设钢筋网，浇筑混凝土。同时要进行裂缝的封堵处理。

方案二：粘贴钢板法。在牛腿侧面钻孔埋栓，粘贴钢板。

方案三：凿除原牛腿部分混凝土，50#钢纤维混凝土。浇筑钢纤维砼时，在新老混凝土结合面上涂以环氧砂浆以增进两者粘结。

鉴于本桥实际情况、施工难易程度和考虑加固效果，选择方案一。主要施工工艺

（1）施工准备施工前应认真阅读设计施工图，必须要将结构面清理干净，按设计图纸，放线标明钢筋锚固点的钻孔位置，钻孔位置标明后由现场负责人验线。

（2）钻孔按设计图纸要求明确螺栓锚固位置、成孔直径及锚固深度。

（3）清孔（4）钢筋清理（5）钢筋埋植

（6）成品保护在锚固用胶固化前应对埋植好的钢筋进行必要的违挡，固定。（7）布设钢筋网，浇筑混凝土。

6、几点意见：

（1）牛腿处受力较复杂，且容易出现问题，所以尽量不设牛腿，而将联与联伸缩缝设在共用墩上。

（2）连续梁桥和刚构桥受负弯矩较大处设计应加强。（3）在设计上，应注意避免结构突变（或断面突变），当不能回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋，对于较大孔洞有条件时可在周边设置护边角钢。

总结

桥梁裂缝非常常见，特别是连续梁桥和刚构桥中，所以应该引起我们足够的重视。以上针对一桥 6 梁实例，简单介绍了应用Midas设计软件进行连续梁桥牛腿处应力验算、常见裂缝的成因及常用维修加固方法。

参考文献

曾宪武

2003年全国桥梁学术会议论文集

人民交通出版社

2003.9 张晖

公路与桥梁工程病害防治及检测修复实用手册（下）长春出版社

1999.11 李世华

道路桥梁维修技术手册

中国建筑工业出版社

2003 范立础

桥梁工程

人民交通出版社

1986.3 徐岳 等

预应力混凝土连续梁桥设计

人民交通出版社

2000.2

REAGENT TEST OF BRIGE CATTLE’S LEG AND THE REINFORCEMENG OF CRACKS Abstract: the purpose of this article is to apply Midas design software, aiming at an engineering example, to do reagent test, with cattle’s leg and to summarize the forming reasons of present concrete bridge cracks and methods of reinforcement.Accordingly put forward the reinforcement programs of the example.Key words: crack;reagent test;reinforcement