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东南大学 硕士学位论文
体外预应力法在连续箱梁加固中的应用 姓名：刘照明 申请学位级别：硕士 专业：交通运输工程；桥梁工程 指导教师：刘其伟；周振华 座机电话号码 摘要 由于服役多年的大跨径连续梁桥大多表现出跨中下挠、主梁混凝土开裂等病
害，而体外预应力加固技术在提高桥梁承载能力、恢复结构线形、增大主梁压应
力储备等方面具有独特的优势。因此，对连续梁桥体外预应力加固技术进行深入
研究是必要的。本文以浙江省杭州市某公路大桥加固工程为研究对象，对体外预
应力加固体系构造与防腐、设计与计算方法、加固前桥梁结构损伤状态模型的建
立及加固后桥梁的三维仿真分析等方面进行了研究，研究成果可为同类桥梁加固
工程提供技术支持。 首先，在分析体外预应力体系的构造和受力特点的基础上，提出了体外预应
力加固体系的设计原则和计算方法、体外索的动力特性及减振和加固体系的防腐
措施。 其次，以浙江省杭州市某公路大桥加固工程为背景，在该桥病害分析的基础
上，综合四种主要影响因素 预应力损失、主梁刚度折减、徐变效应、超载 建
立桥梁结构损伤模型，将分析计算结果与桥梁普查实测值进行对比后发现，假定
的高度损伤模型能够较真实的反映桥梁目前的损伤状态。同时表明连续梁桥采用
体外预应力加固后可以改善全桥顶板及跨中底板的应力状况，并在一定程度上恢
复主梁线形。 第三，采用ANSYS空间有限元分析软件建立桥梁加固的仿真分析模型，通
过对体外索张拉施工模拟和加固前后桥梁动力性能计算分析，可以得出：张拉体
外索后，主梁中跨跨中最终上挠10．65Imn 考虑加固材料的自重荷载作用 ；主
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39李传勇-海工耐久性混凝土在杭州湾70m后张法预应力箱梁中的应用
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平纵面缩图
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主桥175m箱梁施工工序图
175m箱梁一般构造图
175m箱梁梁段一般构造图
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锚块参数表
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175m箱梁纵向预应力钢束总体布置图
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175m箱梁纵向预应力腹板下弯束大样图及明细表
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175m箱梁纵向预应力边跨底板合龙束大样图
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索塔上塔柱钢筋构造图
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175m箱梁边跨端横梁钢筋构造图
175m箱梁边跨梁端锚固槽口及封锚端钢筋构造图
175m箱梁斜拉索梁上锚块钢筋构造图及钢筋明细表
175m箱梁纵向钢束齿块一般构造图
175m箱梁纵向预应力钢束断面布置图
175m箱梁预应力齿块钢筋构造图及参数表
主桥主塔一般构造图
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主塔索鞍一般构造图及参数表
主塔钢筋构造图
主桥斜拉索一般构造图
斜拉索控制点坐标表
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斜拉索初张索力图
25m现浇连续箱梁施工工序示意图
25m现浇连续箱梁一般构造图
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25m现浇连续箱梁梁端横梁钢筋构造图
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桥台肋板钢筋构造图
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主墩墩身钢筋构造图及参数表
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过渡墩盖梁钢筋构造图
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主桥支座布置图
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混凝土防撞栏杆一般构造图
混凝土防撞栏杆伸缩缝处钢筋构造图
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钢防撞栏杆底座钢筋构造图及工程数量表
人行栏杆一般构造图及材料明细表
钢防撞栏杆灯基座钢筋构造图
混凝土防撞栏杆路灯基座钢筋构造图
伸缩缝构造图
人行道伸缩缝构造图
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主桥桥墩防撞设施设计图
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40m T梁一般构造图
40m T梁预应力钢束布置图
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40m T梁中跨翼板钢筋布置图
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25m现浇连续箱梁施工工序示意图
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25m现浇连续箱梁施工工序示意图
53m现浇连续箱梁一般构造图
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人行道伸缩缝处一般构造图
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　　本桥于2015年2月开建。图纸为不可复制之PDF格式。对了解大型桥梁设计非常有帮助。设计依据：公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011；公路斜拉桥设计细则JTG/T D65-01-2007；公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02-01-2008。
　　桥长约2184.12m。设计车速为每小时80千米，总投资约4.5亿元。路基宽度24.5m，荷载等级为公路-I级。桥梁标准宽度为24.5m，北岸河滩地引桥40mT梁外侧设人行道，总宽28m；主桥外侧设人行道且中央分隔带加宽1.5m做为锚索区，总宽29.5m。航道等级为III-2级，设置一个双向通航孔。
　　桥型布置采用5X25m现浇箱梁＋（25＋3X26＋25）m现浇箱梁＋5X25m现浇箱梁＋（106＋4X175＋106）m部分斜拉桥＋（4X40m＋5X40）mT梁＋（35＋53＋35）m现浇箱梁＋（5X25＋5X25＋6X25）m现浇箱梁。最大纵坡为2.54%，最小纵坡为0.75%。箱梁按全预应力构件设计。斜拉桥主梁为预应力混凝土变截面箱梁，全幅采用整幅式斜腹板单箱三室断面。主梁采用纵向、横向、竖向三向预应力。
　　主墩采用实体花瓶式桥墩，表面设竖向景观凹槽。过渡墩采用整幅双柱式桥墩，矩形实体墩。承台下设15-φ2.2m群桩基础。主墩防撞设施为自浮式箱型复合材料防撞系统，可随着水位的变化自动升降。
　　附属工程包括桥面铺装、泄水管、防撞栏杆、支座、桥台搭板、人行梯道等内容。
　　本图纸含南岸25m现浇箱梁引桥，175m部分斜拉桥主桥，墩台及相应的附属工程、楼梯、防撞设施等。共长1294m。北岸40m T梁、53m现浇箱梁、25m现浇箱梁，墩台及相应的附属工程。共长886m。
　　……共计667页，设计于2013年
主桥施工工序图
横梁预应力钢束布置图
人行楼梯总体布置图
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:&400-900-8066　　【摘要】甘竹溪特大桥主桥采用独塔双索面、墩塔梁固结体系的预应力砼斜拉桥，本文对其结构形式、变形控制进行了分析，然后对其移机工况、浇筑工况等进行了详细计算。
　　【关键词】甘竹溪特大桥 独塔双索面预应力砼斜 牵索挂篮设计 　　1、概述 　　甘竹溪特大桥主桥采用独塔双索面、墩塔梁固结体系的预应力砼斜拉桥。主跨210m，边跨165m，边跨设置1个辅助墩，主桥跨径组合为50+115+210=375m。桥幅布置： 2.85m（风嘴、布索区）+0.5m（防护栏）+15m （车行道）+2.0m（中央分离带）+15m （车行道） +0.5m（防护栏）+2.85m （风嘴、布索区）=全桥总宽38.7m。砼主梁为单室三箱截面，标准节段长为6m，共计48节段（主跨32节段边跨16节段），混凝土方量为：163.15m3，标准节段重达425t。箱梁砼为C55，顶板采用CF60钢纤维砼。为简化施工过程，优化施工速度及质量，采用挂篮悬臂浇箱梁砼时，一次张拉拉索到施工设计索力，待砼箱梁达到设计强度90%后再次张拉拉索到设计索力并转换到箱梁上。为有效利地用桥梁自身结构，更便于主梁现浇砼的线形调整，主梁梁段现浇砼采用牵索挂篮施工。比较国内牵索挂篮现有长平台和短平台形式，决定采用长平台C形挂钩形式牵索挂篮。 　　结构形式 结合本桥砼主梁结构特点，初步确定牵索挂篮由两个主纵箱梁、两条次纵桁梁、一片前桁梁、一片带C形挂钩的中桁梁、以及分布纵梁组焊而成。牵索挂篮抗剪装置利用在砼箱梁已浇梁段斜拉索锚具，在锚具上设置拉杆，牵拉在主纵梁牛腿上，抵抗牵索拉力引起的水平分力。 　　变形控制 由于本桥砼主梁横向宽度达38.7m，且浇筑方量较大，导致浇筑时间较长，防止先浇砼在后浇砼浇筑过程中引起的变形过大而开裂，因此在控制挂篮结构变形，提高挂篮的整体刚度，特别是前横梁的刚度尤为重要。 　　前横梁变形控制为：在次纵桁梁后端设置反顶装置，使前横梁形成连续梁结构，从跨中减小前横梁跨度，以此提高横梁刚度。 　　以下计算分为强度计算和变形控制两部分。 　　2、牵索挂篮荷载确定 　　牵索挂篮篮上荷载统计如下表 　　说明：表中移机荷载未计内模。 　　3移机工况 　　移机工况：（1）外模及三角支架荷动载约40t；（2）挂篮自重荷载。（3）C型挂钩吊挂，次纵梁尾端反顶。忽略牵拉力影响。 　　4、浇筑工况 　　根据本桥设计文件：砼箱梁顶板采用CF60钢纤维砼，其余采用C55混凝土。为此施工工艺要求砼箱梁分两次浇注，同时牵索挂篮需要调整索力，浇注过程中有停浇时间。 　　分析砼箱梁裂缝产生的结构原因： 　　（1）砼先箱梁分两次浇注： 　　第一次浇注底板，腹板，隔板总计163.15-71=92m3，第二次浇注顶板约71m3。 　　（2）第二次浇注时，由于挂篮挠度过大，使得已浇砼开裂。 　　分次浇注砼箱梁截面位置如下图： 　　砼箱梁裂纹控制工艺为： 　　第一次砼浇注：牵索挂篮移机就位→固定中横梁锚固点→安装斜拉索锚头→调整挂篮标高→张拉斜拉索至施工设计索力→第一次浇注砼 　　第二次砼浇注：第二次浇注砼→浇筑完成后调索（使箱梁锚块位置标高到设计标高）→结束 　　以下计算按各阶段变形分别计算，再叠加。计算均取自危险节段斜拉索仰角最小工况DDB32节段、斜拉索R33 　　设计意图：空蓝阶段主纵梁后吊杆受拉，中支点受压，浇筑完成后后吊点受压，中支点受拉。 　　4.1空篮计算 　　空篮工况：挂篮自重、内外模及三角支架约103t；次纵梁无反顶力。 　　空篮工况浇注前荷载（全部模板及支架）DD14条纵梁分布荷载统计 　　由图可知，空蓝阶段，主纵梁中支点受压，压力为90t，后吊点受拉，拉力为37t，后横梁中吊点受拉，拉力为45t，主纵梁尾部水平止推力为308.6t。 　　4.2第一次浇注 　　第一次浇注：底板，腹板，隔板总计92m3，施工荷载按刚度分配给前支点拉索，次纵梁反顶点，以及后横梁吊杆系统。 　　第一次砼箱梁截面荷载分配如下表： 　　第一次浇注砼截面积/全断面（计入隔板）=42%DD14条纵梁分布荷载统计 　　由图可知，第一次浇筑完成后，主纵梁中支点受拉，拉力为90t，后吊点受压，拉力为40t，后横梁中吊点受拉，拉力为85t，主纵梁尾部水平止推力为318t。 　　第一次浇筑完成调整拉索，调整后后索力、反顶力及吊杆拉力为 　　4.3第二次浇注 　　荷载分配 　　单独第二次砼箱梁截面荷载分配如下表： 　　单独第二次浇注砼截面积/全断面（除隔板）=58%DD14条纵梁分布荷载统计 　　注：1.梁上砼荷载=所占分担箱梁截面积×砼比重2.6。2.三脚架荷载仅作用于投影纵梁。3.内外模等总计103t。 　　第二次浇筑完调索前斜拉索单索拉力计算结果如下： 　　第二次浇筑完调索前斜拉索单索拉力、反顶、吊杆拉力计算结果如下： 　　由图可知，第二次浇筑完成后，主纵梁中支点受拉，拉力为182t，后吊点受压，拉力为76t，后横梁中吊点受拉，拉力为142t，主纵梁尾部水平止推力为322t。 　　4.4施工过程变形 　　施工过程中变形表（绝对累计位移） 　　第二次浇筑完成跨中变形最大值 （3）C-（3）A-（2）C-（2）A=-7.3mm 　　结论：箱梁第二次浇筑变形为7.3mm，小于预期砼箱梁分次浇筑挠度要求控制值36.3/mm 　　4.5施工过程应力 　　施工过程应力计算结果
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； 施工 [Abstract]; road construction of bridge with box section, the lower part of the use of single column pier bridge, with simple and elegant appearance, advantages as good under the bridge, wide application. This combination of Foshan City lion and highway BS-03 section, the construction method of cast-in-situ prestressed concrete continuous box girder of Separated Interchange Bridge of cast-in-place prestressed continuous box girder are discussed. [keyword]; c
中图分类号：U416.216+.1文献标识码：A文章编号：（2013）
前言： 作者于佛山“一环”狮和公路BS-03标段施工期间，针对本标段实际施工现场情况及对施工进度质量的相关要求，制定了桃园路分离式立交桥现浇预应力连续箱梁的施工方案。 一、工程概况 桃园路分离立交桥与桃园路中心线交叉点的桩号为K5+902.982，桥长251.64米,预应力商品混凝土连续箱梁横跨桃园路，砼设计强度C50。 箱梁顶板宽20米，底板宽14.75米，两侧翼缘悬臂长度2.625米。箱梁顶板厚20cm,底板厚18cm。腹板在边跨支点附近梁段范围内宽度为60cm，在跨中附近梁段范围内宽度为40cm，边孔及中孔变宽段通过2米过渡。箱梁左右腹板为等高度，桥面为2%的横坡。 二、施工工艺 按一联浇筑砼设计支架、模板、钢筋砼浇筑方案。 1.放样准备 用全站仪在桥跨内测定桥纵轴线和桥左右边线。用白灰划出支架的长度、宽度、平面位置。 2.支架底持力层处理 2.1沿途桥下的泥浆池及系梁、承台基坑用挖掘机清理干净，并用渗水性好的良性土或石渣回填，用压路机分层压实,对于压路机碾压不到的部位，采用每10cm一层人工夯实，压实度为96%以上。 2.2搭设支架前，清理表层松土80cm，宽度比支架宽出1m，进行整平和压实处理，且压实度应达到96%以上，以防地基沉降对箱梁梁体产生不良影响。 2.3整体处理完后，以5m×5m间距做轻型触探，要求捶击次数在30次以上，再铺筑15cm碎石垫层，然后浇筑12cm厚的C15砼,以便找平和提高地基承载力。地基处理完后,高度要高于排架四周地面高度。按2%的横坡排水（桥中心向两侧排水）。桥梁地基两侧设纵向排水，在地基处理完毕后，形成2%横坡，桥梁地基两侧设纵向排水沟，排水沟与总体排水系统相连。 3.碗扣式支架的拱度 根据此桥现场实际情况，地基较为平整，纵坡较小，采用碗扣式支架。 3.1基底处理好后，在上面横桥向铺设道木10*15cm，间距为0.6m，宽度每侧大于桥宽1.0m，其上支立排架。整个支架系统由垫木、下托、碗口式支架、顶托和上纵、横方木及大、小剪刀撑、纵、横水平杆组成。 3.2排架均采用碗扣式钢脚手架。支架布置原则为纵、横向均为0.6m。 3.3支撑体系在安装过程中，支架立柱要垂直，连接杆要平顺，接口必须按规范对接，连接紧固。为保证其稳定性,墩柱周围钢管每隔1m用“#”字形箍环抱柱子。纵横四方向及剪力与横杆和立杆相互用扣件拧固。 3.4支立排架时，排架的纵、横线必须顺直。保证支架受力均匀分布和传递。每搭一层必须检查支架整体垂直度和整体稳定性后才可继续搭上一层。架设的排架要严格控制排架立杆的顶标高，其计算方法为：立杆顶标高=箱梁底标高-模板厚度-帽木厚度-托架高度 立杆支立完毕后，在其顶部放好托架，然后在托架上面沿纵桥向布置方木，方木截面尺寸为10cm×15cm，使方木与方木的接触面恰好位于托架的中心位置。方木铺好后，在其上面沿横桥向摆放10cm×10cm落叶松木方子，间距为0.3m，然后铺放现浇箱梁底模，采用竹胶板。 3.5横杆与剪力撑 横杆竖向步距为0.6m；剪力撑自地面一直撑到顶部，纵、横向均设置，最少不少于2道，间距为4.0m，，与地面间的夹角在45度至60度之间。在距地基20cm高处,设置纵、横扫地杆,保证支架整体稳定性。 3.6所使用的杆件、扣件均100%检查，严重锈蚀、弯曲、压扁、裂缝的均不得使用。所用杆件必须有出厂合格证或检验证明书。 4.预压 支架预压是支架验收的一个重要环节，它是模拟上部结构的施工过程对支架进行检验，是验证支架设计是否合理和是否可以交付使用的必要条件。 支架搭设后，为验证其承载力，清除支架与支架间，支架与木方之间及地基的非弹性变形和支架的弹性变形，采用设计箱梁自重的125%进行支架预压。预压加载物拟用砂包代替相应部分的砼进行预压。各个部分的预压荷载数量作相应换算，并取荷载的125%作为预压荷载值，进行逐孔预压。预压采用分层堆载方式，每级荷载持荷为30分钟，最后一级持荷在24h以上。预压沉降观测点设置分别于每孔梁的结构中线、底板两条边缘线的L/4，L/2，3L/4位置。 在预压试验过程中，专职安全员观察支架，一旦出现以下异常变化，立即中断试验，检查问题的出处，并加以排除。 5.钢筋施工： 钢筋配料、下料、弯制、闪光对焊在钢筋加工区完成，现场绑扎。梁内钢筋宜预先在钢筋加工区焊接成大片的平面。吊装过程中为防止大片变形，应采用扁担梁并加密吊点。钢筋安装时采用多点、均布吊装，避免出现材料集堆，对排架不利现象。施工时，先绑扎其底部钢筋和两侧肋的钢筋。绑扎时伸缩缝端注意预留伸缩缝锚固钢筋，采用砂浆垫块以保证商品混凝土的保护层。并将预先按规范要求接好的预应力管道穿入骨架内，预应力管道采用预埋铁皮波纹管成孔，波纹管应进行相应指标的检测。设置波纹管前应对每一根波纹管进行检查，管壁上不得有空洞，否则要及时修补，严格防止浇筑商品混凝土时出现漏浆现象。波纹管安装位置必须保证准确无误，波纹管定位钢筋在曲线段按设计加强。 6.模板施工 连续箱梁全部采用竹胶合模板，布板遵循尽量采用整张胶合板的原则。对配板进行编号、标注。竹胶板在现场加工，芯模采用杨木方做框架，用多个可折叠的框架串联起来，在框架四周用杨木板条包围固定，再用塑料布包裹。制做芯模时边孔预留一个天窗，中孔预留两个天窗，以解决拆卸芯模之用，待箱梁浇筑完成拆除芯模后，再吊装天窗处模板，绑扎钢筋，浇筑商品混凝土。
按照施工图纸要求，箱梁施工预拱度为1cm。实际施工中需用水准仪监测商品混凝土箱梁的挠度变化情况。监测的内容包括： 6.1内模和钢筋重力作用下的挠度。 6.2施加预应力后观察挠度变化值。 如挠度变化不明显，则继续施工直至完成；否则应用千斤顶及水准仪配合调整拱度变化。 7.商品混凝土施工 现浇箱梁砼施工采用一次性浇筑。 7.1浇筑前准备 砼浇筑前的检查，由项目部质检工程师组织现场施工员、质检员对支架的刚度和稳定性；侧模的几何尺寸、接缝的平整度和严密度、支撑的牢固性；芯模的稳定性、牢固性；底板、腹板、顶板厚度；钢筋的规格型号、位置、间距、保护层的厚度等进行详细的检查，合格后方可浇筑砼。 7.2材料及设备 箱梁砼采用自拌C50砼，由2台砼输送泵泵送。为满足缓凝要求，避免产生过大的收缩、徐变，提高商品混凝土的早期强度，保证商品混凝土具有良好的和易性，满足施工要求。 7.3浇筑砼施工工艺 浇筑顺序为：由低处向开始向高处浇筑，底板——两侧腹板分层同步跟进——最后浇筑顶板、抹面养生。 为防止支架产生不均匀变形，整个横断面内对称浇筑，按先跨中后两侧的顺序进行。通过芯模预留孔及天窗将底板商品混凝土泵送入底模内，底板商品混凝土达到厚度后，振捣抹平，两侧腹板应同步、均匀、分层浇筑，分层厚度30cm，腹板商品混凝土达到芯模顶高度时，将芯模顶部预留的活板复位，从一端浇筑翼板、顶板商品混凝土。商品混凝土的浇筑速度要确保商品混凝土初凝前覆盖上层商品混凝土。 商品混凝土振动采用插入式振捣器配合插钎振捣，振捣器的移动间距不超过其作用半径的1.5倍，并插入下层商品混凝土5~10cm，对于每一个振捣部位，必须振动到该部位的商品混凝土密实为止，但不得超振。 振动时要避免振捣棒碰撞模板、钢筋，尤其是波纹管，振动棒要在插钎的引导下与波纹管保持一定距离，以防止波纹管变形和变位。不得用振动器运送商品混凝土。对于锚块和锚槽位置及波纹管下的商品混凝土振捣要特别仔细，由于该处钢筋密、空隙小，应选用小直径的振动棒，确保商品混凝土密实。 商品混凝土浇筑后的养护：商品混凝土凝固后用麻袋片苫盖，然后用水管喷水雾洒水养生。强度达设计强度70%以上拆除芯模。 8.预应力施工 箱梁商品混凝土强度达到设计强度的85%，龄期满足7天以上，方可张拉预应力钢束。施加预应力前，要对张拉设备进行配套检验，以确定张拉力与压力表间的关系曲线。 所有钢束均采用两端张拉，按对称原则从两边向中间对称张拉，每次张拉不少于两束，张拉原则为N1、N2、N3的顺序，预施应力的程序为： 0 →初应力10%σk(划线标记) →初应力20%σk(划线标记)→σk (持荷5分钟)→锚固(测回缩量)。 张拉采用张拉力与伸长值双控，以张拉力为主，延伸量校核。实际伸长值与理论伸长值之差应控制在理论伸长值的6%以内，若延伸量超出设计要求时，应停止张拉，分析检查出原因后方可继续施工。 张拉施工时钢束的滑、断丝数量不得大于该断面总数的1％，每根钢束的滑、断丝数量不得多于1根。 9.压浆封锚 张拉完成后，按设计要求压浆。首先用无齿锯切除锚头钢绞线，较锚环长出30～50mm，用灰浆将锚头及钢绞线封住。浆的抗压强度应不小于图纸规定的标号。压浆完成后，应先将其周围冲洗干净并对梁端商品混凝土凿毛，开始进行绑扎箱梁头封锚钢筋，支立封锚模板，浇筑封锚商品混凝土，当强度达到拆模强度后，拆除梁头模板。 10.模板、支架的拆卸 10.1箱梁腹板、底板及顶板预应力束张拉、压浆完毕超过72小时后，方可卸落模板。 拆除模板时，避免碰撞砼表面，可先拆除翼板底支架和翼板模板。然后拆除侧模支撑和侧模板，最后拆除梁底支架和梁底模板。 10.2芯模在商品混凝土强度达到70%以上，表面不发生塌陷和裂缝现时，方可拔除。 10.3卸落支架的程序在纵向应对称均衡卸落，在横向应同时一起卸落,拆除支架时，按后装先拆，先装后拆的原则。 10.4支架从跨中向支座依次循环卸落。 10.5模板、支架拆除后，应将表面灰浆、污垢清除干净，并应维修整理，分类妥善存放，防止变形开裂。 三、结束语: 箱形截面具有强大抗扭性能，结构在施工与使用过程具有良好的稳定性，其顶底板都具有较大的商品混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩,适应连续梁等具有正负弯矩的结构。通过总结分析，此施工方法在施工期短、施工质量有特殊要求的情况下具有实用价值，收到了明显的经济效益与社会效益，具有实用价值。 参考文献 1.《路桥施工计算手册》.人民交通出版社,2001.5 2.《桥梁工程》.人民交通出版社,2002.8 3.《公路桥涵施工技术规范》.人民交通出版社,
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