为了解决这些问题,预应力混凝土结构应运而生,所谓预应力混凝土结构,就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土结构中引入内部应力,且其数值和分布恰
为了解决这些问题,预应力混凝土结构应运而生,所谓预应力混凝土结构,就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土结构中引入内部应力,且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适的配筋混凝土结构。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后,很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。
预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的,当时西欧很多国家在二战后缺钢的情况下,各国为节省钢材,,开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤。50年代,预应力混凝土桥梁跨径就已经突破了100米,到80年代的时候已然达到了440米。虽然跨径太大时,并不总是用预应力结构比其他结构好,但是,在实际工程中,跨径小于400米时,预应力混凝土桥梁常常为较优胜的方案。
梁式桥是指在垂直荷载作用下,仅产生垂直反力而无水平反力的结构体系总称,按受力特点梁桥基本机构体系可以划分为仅受正弯矩的简支体系,以负弯矩为主的悬臂体系,和正负弯矩并存的连续休系。而连续梁桥可以简单看做是简支梁梁体在支点上连续而成的。连续梁桥至少布置成两跨,一般布置成多跨一联。每联跨数越多,联长就越长,由于温度变化和混凝土收缩等引起的纵向位移就越大,伸缩缝和活动支座的构造就越复杂;每联跨数越少,联长就越短,伸缩缝数量越多,则对高速行车越不利。不过,随着科技的进步,现代伸缩缝及支座构造已经做了极大的改进,梁体连续长度1500m、伸缩缝伸缩长度1m己经成为可能。
在恒载作用下连续梁桥由于支点负弯矩的卸载作用,跨中正弯矩显著减少,其弯矩图与相应跨径的悬臂梁桥相差不大,如果悬臂梁的悬臂长度恰好与连续梁弯矩零点位置相对应,则连续梁弯矩图与悬臂梁弯矩图完全一致。在活载作用下,连续梁因主梁连续而在支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用,其弯矩分布要比悬臂梁更合理。
预应力连续梁桥投入使用一段时间后后,会出现裂缝。分析预应力连续箱梁桥主梁下挠和箱梁开裂等病害的成因如下。
桥梁主跨跨中下挠的原因包括:纵向预应力钢束设置不合理,未设置腹板下弯索;预应力张拉时底板崩裂和管道压浆不饱满,导致纵向预应力有效性降低;混凝土结构长期收缩和徐变,导致预应力构件预应力损失;施工控制不严,预拱度设置偏差;沥青混凝土层加铺和车辆超载,导致恒载和活载的增加。
箱梁腹板“L”型裂缝形成的原因包括:预应力有效性不足,导致箱梁弯曲开裂;偏载效应的影响,导致偏载侧腹板与底板相交处开裂;日照温差的影响,导致腹板竖向裂缝的扩展。
桥梁箱外底板纵向裂缝形成的原因包括:箱梁底板横向配筋不足,预应力钢束张拉产生径向的下崩力,导致混凝土纵向开裂;混凝土保护层偏薄,混凝土振捣不密实,在长期风化作用下导致混凝土纵向开裂。
桥梁箱内顶板纵向裂缝形成的原因包括:顶板横向未配置预应力钢束,在各种荷载作用下,导致箱内顶板纵向开裂;箱梁合拢时产生的附加应力和保护层偏薄,导致箱梁结构沿合拢束纵向开裂。
通过对该预应力连续箱梁桥主梁下挠和箱梁开裂等病害的成因分析,提出了采用体外预应力等措施进行加固,加固设计分析表明该方法能够较好提高桥梁的承载能力,改善病害桥梁的受力状况。通过对该桥体外预应力加固的全过程施工监控,其应力和位移的实测值与理论计算结果基本吻合,说明该加固达到了设计目的。箱梁各截面在体外索张拉过程中,其压应力储备得到了不同程度的提高。体外预应力张拉对桥面线型虽有改善,但尚存在不平顺的现象,这与体外预应力加固主要目的为提高桥梁的压应力储备,对很好的改善桥梁线型有一定的局限性。从加固前后的荷载试验比较,体外预应力张拉对裂缝产生了明显的闭合效应,有效改善了梁体的抗裂性能,提高了结构的整体刚度。