花瓶式桥墩竖向开裂成因分析及预应力加固方法探讨

总第２７２期　２０１５年第５期　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　交通科技　Ｓｅｒｉａｌ　ＮＯ．２７２　Ｎｏ．５　Ｏｃｔ．２０１５　花瓶式桥墩竖向开裂成因分析及预应力加固方法探讨　徐　晨　吴　艳　（１．中国市政工程西南设计研究总院有限公司　成都６１００８１；　２．贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　５５００８１）　摘要　以某高架桥花瓶式桥墩墩顶产生竖向裂缝为背景，运用有限元的方法对桥墩进行实体建　模，通过对墩顶范围应力结果的分析，判断产生竖向裂缝原因为横向受力主筋数量不足。综合考　虑目前桥墩裂缝几种常用加固方法的不同适用性，根据产生裂缝的原因，提出了增大桥墩截面施　加预应力的加固方法，能有效改善花瓶式桥墩的应力状态，提高其抗裂性和承载能力。　关键词　花瓶式桥墩竖向裂缝加固预应力　花瓶式桥墩因造型优美、占地空间小等优点，　近年来在城市桥梁中被广泛运用。然而，花瓶式　桥墩受力比较复杂，采用常规设计理论和方法易　导致一些问题。本文以某城市高架桥花瓶式桥墩　土，钻孔桩采用Ｃ３ｏ水下混凝土。全桥上部结构　施工采用满堂支架现浇一次落架成型。桥墩在设　计中按照平面杆系结构进行配筋，桥墩顶部布置　１ｏＢ３２横向受力主筋。　出现裂缝为工程背景，通过有限元实体建模进行　应力分析，判断花瓶式桥墩开裂的原因，并提出采　用预应力加固处理的设计方案。　１工程概况　该桥梁通车运营２个月后，在一次检查中发　现４个桥墩侧面均出现不同程度的竖向裂缝，且　在桥墩顶部贯通，裂缝宽度多在０．２～０．３　ｍｍ之　间，见图１。　某高架桥工程的起点桩号为Ｋ３＋６４６，终点　桩号Ｋ３＋７６１，全桥长１１５　ｍ。采用分离式左右　双幅桥，每幅桥宽１３　ｍ。高架桥上部结构采用鱼　腹式预应力混凝土连续箱梁，下部结构均采用花　瓶薄壁式桥墩和群桩基础，桥跨布置为３０　ｍ＋４５　ｍ＋３０　ｍ变截面预应力连续箱梁，其下部桥墩编　号为Ｚ１，Ｚ２，Ｙ１，Ｙ２。设计荷载：城一Ａ级。　预应力混凝土箱梁采用Ｃ５０混凝土，钢筋混　凝土薄壁墩采用Ｃ４０混凝土，承台采用Ｃ３ｏ混凝　图１花瓶式桥墩侧面裂缝分布图（单位：ｃｍ）　收稿日期：２０１５－０５—２８　３　结语　为以后的风险评价提供依据。　（１）本文从风险的角度来进行施工组织设　（３）面对各种风险，采用了包括工程技术在　内的多种对策，达到科学应对风险的目的。　参考文献　计，提出基于风险的桥梁施工设计流程，希望达到　科学设计的目的。这一流程主要是施工组织设计　与风险设计的有机结合，是对桥梁设计和施工方　法的一个补充。　［１］谢海涛．桥梁施工风险评估适用方法研究及其在钻　孔灌注桩施工中的应用［Ｄ］．长沙：中南大学，２００９．　［２］ＧＢ　５０１５３—９２公路工程结构可靠度设计统一标准　［ｓ］．北京：中国标准出版社，２００８．　Ｅ３］吴　煜，李从东．二拉平原则（ＡＬＡＲＰ）应用分析　ＥＪ３．山东财政学院学报，２００５（３）：４７－４９．　（２）按照提出的设计流程，对每一个步骤进　行理论分析，特别是对风险概率估计和风险损失　估计，通过数学以及统计的方法达到量化的目的，　３８　徐晨吴艳：花瓶式桥墩竖向开裂成因分析及预应力加固方法探讨　２０１５年第５期　每个盖梁设６×（８—１５．２４）预应力钢束，沿　４　结论　桥墩横向布置（见图５），钢绞线标准抗拉强度　厂　一１　８６０　ＭＰａ，所有钢束均采用单端张拉，钢绞　线张拉锚下控制应力为　一０．７５ｆ　一１　３９５　（１）花瓶式桥墩因造型优美、节约桥下空间　而广受大家的青睐，然而在设计过程中，采用平面　杆系模型对其进行受力分析及配筋设计时，经常　导致横向受力主筋数量不足的问题。　ＭＰａ。张拉采取控制应力和钢束伸长量双控，各　钢束设计引伸量为３．６８　ｃｍ。　（２）对于花瓶式桥墩这类受力复杂的结构，　需要采用实体模型进行应力分析，并根据混凝土　中产生的拉应力全部由钢筋承受的原则来配筋，　×（８—１５　２４）　预应力钢束　才能满足结构设计的要求。　（３）桥墩加固的方法很多，在实际应用中应　根据裂缝产生的原因进行比选。在不损坏花瓶式　桥墩美观的前提上，本文提出了采用增大截面施　ａ）立面　ｂ）侧面　加预应力的加固方法，能有效改善花瓶式桥墩的　应力状态，提高其抗裂性和承载能力。　图５新增预应力钢束布置图（单位：ｃｍ）　由于桥墩加固施工期间不能中断交通，因此　预应力张拉时，在张拉端前方施工支架上必须放　置足够强度的挡板和安全网，以防止夹片及钢绞　线飞出，伤及行人及车辆ｌ＿５］。　３．３完成加固后效果　按照承载能力极限状态，对加固后的桥墩重　参考文献　［１］ＪＴＧ／Ｔ　Ｊ２２—２００８公路桥梁加固设计规范ＥＳ］．北　京：人民交通出版社，２００８．　Ｅ２３　邬晓光．公路桥梁加固设计规范：应用计算示例　［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００８．　［３］刘国明．花瓶式混凝土桥墩裂缝成因分析及加固方　法研究［Ｊ］．交通世界，２０１０（７）：１３７—１３８．　［４］邓勇诚．花瓶薄壁墩预应力加固技术研究［Ｄ］．广　州：华南理工大学，２００９．　新进行实体建模计算，可见采用６×（８—１５．２４）　预应力钢束对桥墩施加张拉力时，墩顶出现拉应　力区域不明显，表明墩顶施加了预应力后基本抵　消了原桥墩存在的拉应力，加固方案取得了良好　的效果。　［５］　ＪＴＧ／Ｔ　Ｊ２３～２００８公路桥梁加固施工技术规范　Ｅｓ］．北京：人民交通出版社，２００８．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃａｕｓｅ　ｏｆ　Ｖａｓｅ　Ｐｉｅｒ　Ｓ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｃｒａｃｋｓ　ａｎｄ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ　Ｘ　Ｃｈｅｎ　。Ｗ“Ｙ　（１．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６　１００８１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　Ｓｕｒｖｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ　Ａｃａｄｅｍｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｃｒａｃｋｓ　ｏｎ　ａ　ｖｉａｄｕｃｔ＇ｓ　ｖａｓｅ　ｐｉｅｒｓ，ｗｅ　ｕｓｅｄ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈ—　ｏｄ　ｆｏｒ　ｓｏｌｉｄ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｅｒ．，Ｔｈｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｏｐ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｐｉｅｒ，ｗｅ　ｆｏｕｎｄ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｃｒａｃｋｓ　ｗａｓ　ｌａｃｋ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｗｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｂｒｉｄｇｅ　ｐｉｅｒ　ｃｒａｃｋｓ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｃｏｍｍｏｎ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ａｃ—　ｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋｓ，ｗｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｈｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｐｉｅｒ＇ｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｖａｓｅ　ｐｉｅｒ　ｓｔｒｅｓｓ　ｓｔａｔｅ，ｉｔｓ　ｃｒａｃｋ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｖａｓｅ　ｐｉｅｒ；ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｃｒａｃｋ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ