枣乡河大桥、山口河大桥抢险加固设计说明

一、概述枣乡河大桥位于河南高速公路发展有限公司三门峡分公司管辖区段K884＋733公里处，由左右两幅组成，桥跨结构为23－50米，全长1159.54米，2001年12月建成通车。上部承重构件为预应力混凝土T梁，下部结构为钢筋混凝土薄壁空心墩，钻孔灌注基础，沥青混凝土桥面铺装。原设计荷载为汽车—超20级、挂车—120。河南高速公路试验检测有限公司所提供《2009年枣乡河大桥病害调查图》显示，T梁腹板开裂的情况较为严重。按照五种开裂类型统计，结果是一端开裂的T梁19片，两端开裂的T梁3片，跨中开裂的T梁13片，一端及跨中开裂的T梁13片，全梁内开裂的T梁7片。除此之外，仅出现1～2条裂缝或裂缝长度短、开裂宽度小的T梁，破坏特征不明显，不好判明为结构性裂缝，本设计暂不处理。山口河大桥位于河南高速公路发展有限公司三门峡分公司管辖区段K803+145处，桥梁全长为277.26米，桥跨结构为9-30米。上部承重构件采用C50预应力钢筋砼简支空心板梁，东桥台为桩柱式、西桥台为肋板式，双柱式墩，钻孔灌注式基础，桥面铺装类型为沥青混凝土。河南高速公路试验检测有限公司所提供《2009年山口河大桥病害调查图》显示，共计17块空心板产生裂缝。其中，7块板于底板出现结构性裂缝，3块板于腹板出现裂缝。
二、设计规范及设计依据（一）设计依据
1、《2009年枣乡河大桥病害调查图》2、《2009年山口河大桥病害调查图》
3、桥梁施工设计图及竣工图纸（二）设计规范
1、《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）2、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
3、《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）4、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
5、《河南省高速公路设计技术要求》（DB41/T419-2005）6、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）
7、《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）8、《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》（JTJ 074-1994）
9、《钢筋混凝土用钢筋焊接网》（GB/T 1499.3-2002）10、《公路桥梁加固施工技术规范》（JTG/TJ23-2008）
11、《公路桥梁加固设计规范》(JTG/TJ22-2008)12、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)
13、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205-2001)（三）计算程序
计算程序采用了土木结构专用结构分析与优化设计软件MIDAS/Civil2006版。三、T梁结构分析
按照新的JTG D60-2004公路⒈级荷载及JTG D62-2004规范部分预应力A类构件的验算要求，对T梁原设计进行复算，以期找出病害的可能症结。T梁结构分析结果简述：
本次计算采用MIDAS/Civil2006版程序，横向分布系数跨中采用G-M法，数值为0.564，支点处采用杠杠法计算，其数值为0.464。计算结果如下：
1、原设计T梁在短期效应组合下，T梁端部顶缘混凝土法向正应力为2.018MPa拉应力，按A类预应力混凝土构件，大于规范允许值0.7ftk=1.855MPa，不满足要求，验算结果如下图所示。原设计结果（单位：MPa）
2、原设计T梁在长期效应组合下，T梁端部顶缘混凝土法向正应力为1.995MPa拉应力，按A类预应力混凝土构件，不应出现拉应力，不满足要求，验算结果如下图所示。原设计结果（单位：MPa）
3、原设计T梁在使用阶段，按标准效应组合作用下，跨中顶缘混凝土法向压应力为15.1MPa，小于规范允许值0.5fck=16.2MPa，满足要求，验算结果如下图所示。原设计顶缘结果（单位：MPa）
原设计T梁在使用阶段，按标准效应组合作用下，跨中底缘混凝土法向出现1.2 MPa拉应力，验算结果如下图所示。原设计底缘结果（单位：MPa）
4、在使用阶段并考虑荷载长期效应的影响后，原设计计算T梁跨中挠度49.9mm，规范允许值为L0/600=81.7mm，满足规范要求，加固后计算值3.25cm，均满足规范要求。根据以上验算结果，可知T梁裂缝开展可能的原因是：
1、随着经济的快速发展，车辆荷载较设计有所提高。2、受早期我国桥梁设计理念的影响，T梁安全储备较小。
3、钢束于梁端未有效散开布置。4、钢束弯起段提供的预剪力偏小。
四、结构加固设计目标1、提高开裂T梁持久状况下结构的极限承载力，增大桥梁安全储备。2、改善开裂T梁腹板的正应力和剪应力状况，避免裂缝进一步的发展。3、阻止空心板裂缝继续开展，使桥梁满足使用要求。
五、加固措施1、裂缝处理裂缝宽度≥0.1mm的裂缝采用压浆法进行修补，裂缝宽度＜0.1mm的裂缝采用封闭法进行修补。2、T梁底部施加体外预应力为增强桥梁结构的极限承载力，增大桥梁安全储备，并改善T梁底部、顶部的应力状况、阻止跨中裂缝继续开展，在跨中有开裂的T梁底部设体外预应力索。3、横拉钢筋加固腹板在梁端有开裂的T梁梁端至1/4跨区段设横拉钢筋，以加强腹板的抗剪能力、组织腹板裂缝继续开展。4、设置预应力测力装置（光纤光栅传感器）为了监控施工效果及被加固T梁的运营状况，在体外预应力索及部分横张钢筋上设置光纤光栅传感器。5、粘贴钢板对有