2014年--橋梁工程外文翻譯--瑞典haparanda某鐵路橋的無(wú)粘結(jié)橫向后張預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用（譯文）

1、<p>　　中文8400字，5800單詞，3.1萬(wàn)英文字符</p><p>　　出處：Nilimaa J, Blanksvard T, Taljsten B, et al. Unbonded Transverse Posttensioning of a Railway Bridge in Haparanda, Sweden[J]. Journal of Bridge Engineering, 2014,

2、 19(3):165-184.</p><p>　　瑞典Haparanda某鐵路橋的無(wú)粘結(jié)橫向后張預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用</p><p>　　Jonny Nilimaa ; Thosmas Blacnksvard ; Bjorn Taljsten ; Lenart Elfgren</p><p>　　摘要：瑞典的主要鐵路路線都是承受最大軸重250KN的設(shè)計(jì)。因?yàn)橐恍┞肪€對(duì)交通

3、運(yùn)輸量的需求日益增加，若是能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)軸重增加到至少300KN，那將會(huì)更為有利。為了將位于瑞典北部的Haparanda路線提升至300KN，混凝土槽型橋的槽板需要更高的橫向剪切抗力。對(duì)橋梁板厚的現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)方法還沒(méi)有得到充分的開(kāi)發(fā)，所以本文講討論利用水平預(yù)應(yīng)力來(lái)增加橋梁承載能力的可能性。在國(guó)內(nèi)，Haparanda線上的一座橋使用了無(wú)粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力，所產(chǎn)生的強(qiáng)化效果也有人研究過(guò)。所用的強(qiáng)化設(shè)計(jì)參照了歐洲規(guī)范設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。另外，施工前后都進(jìn)行了相關(guān)的

4、測(cè)試。一輛軸重為215KN的火車(chē)在主要橫向增強(qiáng)面上產(chǎn)生的拉應(yīng)力被八根預(yù)拉力為430KN/根的預(yù)應(yīng)力鋼筋完全抵消。結(jié)果表明實(shí)際的加強(qiáng)效果比設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)測(cè)值更好。Haparanda項(xiàng)目表明無(wú)粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力施工較其他方法更快，同時(shí)在安裝期間可以不阻礙現(xiàn)運(yùn)營(yíng)鐵路交通。</p><p>　　關(guān)鍵詞：橋梁；混凝土；全方位檢測(cè)；后張拉；鐵路橋梁；翻修；剪切力；結(jié)構(gòu)工程；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。</p><p><

5、b>　　介紹</b></p><p>　　在歐洲，現(xiàn)在有超過(guò)300000座鐵路橋，其中大概有三分之二有超過(guò)50年的歷史。同時(shí)，人們現(xiàn)在對(duì)這些橋的要求已經(jīng)毫無(wú)疑問(wèn)地變得與最開(kāi)始的目的不同。設(shè)計(jì)最大軸重為250KN的混凝土槽型橋是瑞典用于十九世紀(jì)60年代標(biāo)準(zhǔn)的橋型?，F(xiàn)如今，瑞典大部分現(xiàn)運(yùn)營(yíng)的鐵路線路依然只容許最大軸重為225KN或者250KN。但是，新的線路都是為330到400KN的軸重設(shè)計(jì)的。現(xiàn)在

6、按照歐洲規(guī)范的2號(hào)協(xié)議對(duì)混凝土橋梁的加強(qiáng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。所得計(jì)算結(jié)果顯示，槽板的橫向抗剪能力是不足以應(yīng)對(duì)300KN的軸重。</p><p>　　然而，對(duì)于鐵路混凝土橋槽板的抗剪能力的加強(qiáng)一直都缺少良好的辦法。主要的問(wèn)題就是不易觸及：頂端被碎石覆蓋，兩處邊緣向著支撐，同時(shí)主縱梁壓著剩下的邊緣。高精度鉆孔所打的穿過(guò)混凝土或石塊結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)距離孔道可以用來(lái)引入對(duì)其他不易接觸區(qū)域的額外的加固。這項(xiàng)技術(shù)在之前已經(jīng)得到了測(cè)試，但是

7、該法還可以通過(guò)使用后張拉預(yù)應(yīng)力得到更好的發(fā)展。而后張法也是防止后期混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的一種經(jīng)典方法。先前的研究已經(jīng)展示了橫向預(yù)應(yīng)力可以減少開(kāi)裂和減小開(kāi)裂寬度，同時(shí)也增加了導(dǎo)致結(jié)構(gòu)初始開(kāi)裂的荷載值。</p><p>　　雖然現(xiàn)行的瑞典、歐洲和北美規(guī)范設(shè)計(jì)辦法只能夠初略有限地估計(jì)實(shí)際的加強(qiáng)效果，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)卻表明后張拉法能夠作為一種很好的方法來(lái)增加混凝土橋板的橫向抗剪和抗彎能力。</p><p&g

8、t;　　用預(yù)應(yīng)力鋼筋或鋼束橫向貫穿橋板的體內(nèi)的粘結(jié)或非粘結(jié)后張拉預(yù)應(yīng)力方案能夠提供預(yù)加力。具體在梁體下部和豎向布置預(yù)應(yīng)力鋼筋來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗彎能力。然而，板中現(xiàn)有的加勁層可能會(huì)讓上述的方案變得格外復(fù)雜，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。不過(guò)，后張法有它獨(dú)自的優(yōu)勢(shì)，即是在加固過(guò)程中對(duì)鐵路運(yùn)輸線的交通的干擾降低到了最小。所有的加固工作都能避開(kāi)橋梁的頂端，出于安全方面的考慮這是非常理想化的。同時(shí)，交通也可以在加固過(guò)程中保持暢通。用非粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋來(lái)加固的主要優(yōu)勢(shì)體

9、現(xiàn)在于人們能夠方便的調(diào)整預(yù)加力的等級(jí)大小。另外，也可以在需要的時(shí)候替換單個(gè)的預(yù)應(yīng)力筋。在鉆孔期間，內(nèi)部的鋼筋可能會(huì)被意外的破壞，這是這種加固法的風(fēng)險(xiǎn)之一。到現(xiàn)在，Lulea理工大學(xué)已經(jīng)對(duì)一些槽型橋梁進(jìn)行了加固。而這些研究的焦點(diǎn)是增加橋板縱向、橫向的抗彎能力。</p><p>　　Haparanda橋建于1959年，是一座混凝土雙槽型橋梁，坐落在瑞典北部靠近蘇蘭邊境的Haparanda。由于鐵路交通線的承載能力的升

10、級(jí)，所允許的最大軸重從250KN增加到了300KN。正因?yàn)槿绱?，需要Haparanda橋有更高的橫向抗剪能力。由非粘結(jié)體內(nèi)后張預(yù)應(yīng)力構(gòu)成的加固方案已經(jīng)施工完成。本文主要的目的就是介紹該種原址應(yīng)用，調(diào)查對(duì)交通的干擾情況，同時(shí)以鋼筋應(yīng)變和結(jié)構(gòu)撓度為依據(jù)研究加固效果。</p><p>　　圖1 Haparanda橋平面圖以及預(yù)應(yīng)力筋的布置位置：P1-P8；S1-S4表示安裝在鋼筋上應(yīng)變儀的位置，S5-S8表示安裝在預(yù)應(yīng)

11、力筋上應(yīng)變儀的位置；尺寸為mm</p><p>　　圖2 Haparanda橋立面圖，尺寸mm</p><p>　　該項(xiàng)目的主要目的是增加結(jié)構(gòu)的抗剪能力，但是其抗彎能力也同時(shí)得到了提高。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，抗剪和抗彎能力分別提升了25%和13%。另外，加固前后的試驗(yàn)結(jié)果表明附加的預(yù)應(yīng)力基本抵消掉了由軸重為215KN的火車(chē)引起的鋼筋應(yīng)變。其中，由火車(chē)荷載引起的最大鋼筋應(yīng)變很小，其值大約只有20。&

12、lt;/p><p><b>　　方法</b></p><p>　　通過(guò)在結(jié)構(gòu)中安裝一套無(wú)粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)來(lái)達(dá)到加固Haparanda雙槽型橋的目的。該預(yù)應(yīng)力體系利用一系列橫向力來(lái)壓縮底板，這樣憑借著減少結(jié)構(gòu)中的拉應(yīng)力來(lái)提升橋梁的承載能力。</p><p><b>　　橋梁線性和材料</b></p><p&g

13、t;　　該橋是一座混凝土槽型橋，它有兩個(gè)分離的凹槽，各自對(duì)應(yīng)一條鐵軌。橋下有一條主干道穿過(guò)；由于這條主干道朝向的影響，本橋的上部結(jié)構(gòu)傾斜了17°（如圖1所示）。主要橫向加固以下部結(jié)構(gòu)同樣的方向作用在上部結(jié)構(gòu)上，即與縱線夾角為73°。</p><p>　　圖3 Haparanda橋橫截面圖；尺寸mm</p><p>　　本橋的凈跨約為12.5m，包括了上部翼緣的雙槽總寬度

14、約為10.5m。邊梁和中梁的高度分別是1200mm和1300mm，板厚為400mm。橋梁的立面圖和橫截面圖分別在圖2和圖3中展示。</p><p>　　圖4 主梁寬度857mm內(nèi)的荷載分布情況；尺寸mm</p><p>　　頂板和底板的橫向加固預(yù)應(yīng)力筋的半徑為19mm。同樣，在主梁內(nèi)使用了直徑為12mm和25mm的預(yù)應(yīng)力筋。鋼筋標(biāo)號(hào)為ks40,其屈服強(qiáng)度為410MPa，彈性模量為200Gp

15、a。不過(guò)，目前尚無(wú)對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)中鋼筋加固的測(cè)試。所用混凝土強(qiáng)度通過(guò)4次混凝土圓柱體核心抗壓試驗(yàn)獲得，同時(shí)在WSP中有相應(yīng)報(bào)告?；炷恋目箟汉涂估匦灾捣謩e為23.2MPa和1.5MPa，其標(biāo)準(zhǔn)差分別為6.06MPa和0.47MPa。</p><p>　　槽型橋的橫向預(yù)應(yīng)力后張使用了8條預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋（標(biāo)號(hào)Dywidag 26WR，標(biāo)準(zhǔn)直徑為26.5mm）。所用預(yù)應(yīng)力筋為熱軋鋼筋，制造時(shí)，熱軋后拉伸再回火，斷面為圓形

16、。鋼束由標(biāo)號(hào)Y1050H的預(yù)應(yīng)力鋼筋（參見(jiàn)prEN 10138-4：:2000）組成，其抗拉強(qiáng)度特性和彈性模量采用產(chǎn)商所提供的數(shù)據(jù)，分別為1050MPa和205GPa。</p><p><b>　　加固步驟</b></p><p>　　本混凝土雙槽型橋的加固采用了一套無(wú)粘結(jié)的后張拉體系。加固步驟主要分為4步：</p><p>　　在底板處進(jìn)行橫

17、向水平鉆孔；</p><p><b>　　安裝預(yù)應(yīng)力鋼筋體系</b></p><p><b>　　進(jìn)行張拉；</b></p><p><b>　　孔道灌漿。</b></p><p>　　使用無(wú)粘結(jié)的加固方案使得在后期有需要的情況下可以輕易地更換那些意外損壞、腐蝕、或不在需要的單

18、個(gè)預(yù)應(yīng)力束。另外預(yù)應(yīng)力的等級(jí)也可以調(diào)整。</p><p><b>　　鉆孔</b></p><p>　　使用軸心鉆孔工藝在每個(gè)槽的底板處鉆出8個(gè)水平孔道（直徑57mm）。所有孔道的方向均與橫向加固的方向相同，即與混凝土表面成73°夾角。采用這樣的橫向加固方向是為了使其與下部結(jié)構(gòu)一致。而使鉆孔的方向與下部是為了避免在鉆孔加固時(shí)產(chǎn)生不必要的開(kāi)鑿。</p&g

19、t;<p>　　槽板的厚度為400mm，鉆孔則位于垂線上中部（即距離槽板底面200mm）。雖然更低的鉆孔位置可能會(huì)提供更高的抗彎能力，但是將孔道安置在中間主要還是為了保護(hù)結(jié)構(gòu)已有的鋼筋。</p><p>　　總共使用了八個(gè)孔貫穿結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)孔的外側(cè)中心距離均為1500mm。根據(jù)歐洲2號(hào)規(guī)范中8.10.3（5）章節(jié)的設(shè)計(jì)需求，這樣布置保證了預(yù)應(yīng)力效果能覆蓋橋板的全長(zhǎng)。之前的所描述的幾何特征，包括預(yù)應(yīng)

20、力筋的設(shè)置均在圖一中表現(xiàn)。</p><p>　　圖五 一處錨固系統(tǒng)示意圖，其中（1）錨固螺母；（2）錨固墊板；（3）傳力楔</p><p><b>　　預(yù)應(yīng)力體系的安裝</b></p><p>　　預(yù)應(yīng)力體系的安裝緊跟鉆孔之后，可以分為4個(gè)連續(xù)的步驟：</p><p><b>　　安裝PE導(dǎo)管；</b&g

21、t;</p><p><b>　　安裝預(yù)應(yīng)力束；</b></p><p>　　安裝傳力楔（見(jiàn)圖5）；</p><p><b>　　安裝錨固體系</b></p><p>　　防水和防腐是安裝過(guò)程中需要重視的方面，特別是防水的問(wèn)題，其對(duì)預(yù)應(yīng)力體系的壽命起到了很大影響。</p><p&

22、gt;<b>　　PE管道的安裝</b></p><p>　　預(yù)應(yīng)力體系安裝的第一步是在已鉆好的孔道中插入導(dǎo)管。這些導(dǎo)管可以是鋼制的也可以是PE材料的。本項(xiàng)目使用的是PE材料的導(dǎo)管。這些導(dǎo)管的作用是為包裹預(yù)應(yīng)力束的熱縮性管套提供機(jī)械保護(hù)。這里的熱縮管套為預(yù)應(yīng)力鋼筋提供了永久的防腐保護(hù)。</p><p><b>　　預(yù)應(yīng)力束的安裝</b></

23、p><p>　　完成了橫向孔道內(nèi)的導(dǎo)管安裝工作后，需將預(yù)應(yīng)力束貫穿導(dǎo)管。預(yù)應(yīng)力束必需長(zhǎng)于已鉆孔道來(lái)滿足錨固和張拉的需要。超出長(zhǎng)度視張拉設(shè)備和錨固設(shè)計(jì)要求而定。所裝預(yù)應(yīng)力束置于導(dǎo)管中部，且處于無(wú)粘結(jié)狀態(tài)。</p><p><b>　　傳力楔的安裝</b></p><p>　　預(yù)應(yīng)力體系和混凝土結(jié)構(gòu)之間的垂直聯(lián)系是必要的。這可以確保預(yù)應(yīng)力束與混凝土結(jié)構(gòu)

24、之間有效的力的傳遞。因?yàn)榭椎朗浅?3°而不是90°鉆取的，設(shè)計(jì)上習(xí)慣用一個(gè)鍍錫的金屬楔來(lái)保證所需的垂直力的分散。同樣，這些楔也將預(yù)應(yīng)力分散到了更大的混凝土區(qū)域，因此它們也起到了荷載分配器的作用。這也防止了張拉錨固后混凝土的局部壓碎或劈裂。所有的金屬楔都與混凝土表面保持粘結(jié)，因此，可以在安裝施工的時(shí)候保證其穩(wěn)定，同時(shí)還可以防止水泄露進(jìn)孔道。為達(dá)到這樣的目的，這里使用的環(huán)氧粘合劑為Stopx SK 41。</p&g

25、t;<p><b>　　錨固體系的安裝</b></p><p>　　所用錨固體系由尺寸為140*165*35mm的方形鍍錫金屬錨固墊板和長(zhǎng)度為90mm的錨固螺母組成。這些螺母在一個(gè)已知應(yīng)力等級(jí)的情況下固定住預(yù)應(yīng)力束，同時(shí)將預(yù)應(yīng)力從鋼束傳遞到整個(gè)結(jié)構(gòu)中。錨固墊板通常會(huì)與混凝土結(jié)構(gòu)直接接觸，這是為了將預(yù)應(yīng)力從錨固螺母直接分散到混凝土結(jié)構(gòu)中。需要注意的是墊板的支撐面必須要垂直于預(yù)應(yīng)力

26、束。這么做的一部分原因是傳力楔是作為錨固墊板和混凝土結(jié)構(gòu)之間的緩沖層。相關(guān)傳力楔和錨固體系如圖五所示。</p><p>　　圖六 預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)置，包括（1）金屬框架；（2）液壓千斤頂；（3）特殊張拉螺母</p><p>　　圖七 一個(gè)完成的后張拉體系，保留蓋帽來(lái)完成密封</p><p><b>　　后張拉</b></p><

27、p>　　一旦預(yù)應(yīng)力體系被安置到了結(jié)構(gòu)中，其后張拉過(guò)程就可以開(kāi)始了。所用8個(gè)預(yù)應(yīng)力束的張拉力為430KN每束，則總共作用到混凝土板上的力有3.44MN。使用液壓千斤頂在一個(gè)時(shí)間段給一束鋼束加載，從最外段鋼束開(kāi)始，依次向里進(jìn)行張拉。其中與預(yù)加力430KN所對(duì)應(yīng)的液壓力首先用稱重傳感器校正。</p><p>　　金屬框架是設(shè)計(jì)用來(lái)確保對(duì)鋼束的加壓。所用金屬框架分別在底端和頂端都設(shè)有開(kāi)口，同時(shí)在每面邊墻上都設(shè)有開(kāi)口

28、以保證對(duì)錨固螺母的控制。金屬框架的底端放置在錨固墊板上，而預(yù)應(yīng)力束穿過(guò)框架的底部和頂部。錨固螺母置于框架內(nèi)部。</p><p>　　液壓千斤頂放置在金屬框架頂部與預(yù)應(yīng)力束接觸。將一個(gè)特殊的螺母旋入由千斤頂處伸出的預(yù)應(yīng)力束的根部。作用在指定位置的特殊螺母作為梁板壓縮面的約束，同樣，作用在指定位置的錨固螺母作為另一端的約束，那么最終就完成了對(duì)整橋的張拉。在加壓過(guò)程中，在梁板加壓面上的錨固螺母一直處于固定狀態(tài)。<

29、/p><p>　　當(dāng)預(yù)加力達(dá)到所需值，盡量拉緊錨固螺母，然后再將液壓千斤頂卸載。那么，預(yù)加力即從預(yù)應(yīng)力束上傳遞到了混凝土結(jié)構(gòu)中。由于液壓壓力的釋放，會(huì)有大概6%的彈性應(yīng)變會(huì)恢復(fù)。因此，為了獲得最終的430KN預(yù)加力，所有的鋼束都是過(guò)載的。最后，特殊螺母。液壓千斤頂和金屬框架都被移除。所用預(yù)應(yīng)力裝置如圖六所示。</p><p>　　圖8 橫向布置的位移傳感器，尺寸為mm</p>&

30、lt;p>　　圖九 縱向布置的位移傳感器和裂紋開(kāi)展位移傳感器，編號(hào)分別為L(zhǎng)7-L16和C1-C3</p><p>　　表1 Haparanda橋的測(cè)試程序</p><p>　　圖十 兩輛作為荷載的火車(chē)頭作用在Haparanda橋上；圖像左側(cè)為北</p><p><b>　　表2 設(shè)計(jì)變量</b></p><p>&

31、lt;b>　　密封</b></p><p>　　整個(gè)加固體系大部分為金屬構(gòu)造。因此，如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，加固效果將會(huì)因?yàn)楦g的問(wèn)題隨著時(shí)間而減弱。所以，為了確保加固體系長(zhǎng)期有效，還需要一個(gè)適當(dāng)?shù)姆栏胧?。本?xiàng)目所用措施為在張拉后密封加固體系。</p><p>　　首先，用熱縮管套包裹預(yù)應(yīng)力鋼束，以此來(lái)作為永久防腐手段。第二，每個(gè)管套也用來(lái)抵抗由PE導(dǎo)管造成的機(jī)械影響。金屬楔和錨

32、固墊板的聯(lián)系部位以及金屬楔和混凝土結(jié)構(gòu)的聯(lián)系部位均用永久的防水化合物（環(huán)氧粘合劑）密封。</p><p>　　最后，通過(guò)在錨固墊板上焊接一個(gè)永久帽蓋來(lái)密封錨固螺母和鋼束端部?？紤]到長(zhǎng)期的防腐問(wèn)題，所有的金屬楔、錨固墊板和永久帽蓋均要鍍錫處理。永久帽蓋如圖7所示。</p><p><b>　　監(jiān)測(cè)</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)位移用位移傳感器

33、（LVDTs）和裂縫開(kāi)展位移傳感器（CODs）監(jiān)測(cè)。通過(guò)開(kāi)鑿，使普通鋼筋暴露出來(lái)。在螺紋鋼筋局部表面打磨后，將應(yīng)變儀焊于普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力束上。</p><p><b>　　應(yīng)變</b></p><p>　　焊接4個(gè)應(yīng)變儀于梁板普通鋼筋的層的內(nèi)側(cè)、橫向、底部（S1-S4），同時(shí)另外再焊接四個(gè)額外的應(yīng)變儀于預(yù)應(yīng)力束P1-P4上（S5-S8）。所有8個(gè)應(yīng)變儀的布置位置如圖一

34、所示。S1和S2的方向與鋼束P1的長(zhǎng)度方向一致，而S3和S4與鋼束P4的長(zhǎng)度方向一致。</p><p><b>　　撓度</b></p><p>　　總共使用16個(gè)LVDTs（L1-L16）來(lái)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的撓度：6個(gè)沿橫橋向布置在預(yù)應(yīng)力束P4之下，如圖8所示；另外剩下的10個(gè)布置在兩塊橋板中截面的長(zhǎng)度方向上，如圖9所示。</p><p><b

35、>　　開(kāi)口寬度</b></p><p>　　Haparanda橋由兩個(gè)混凝土槽組成，這兩個(gè)槽就好像是置于兩個(gè)分開(kāi)的地方一樣。兩槽之間接縫的距離由3個(gè)CODs（C1-C3）監(jiān)測(cè)。這些CODs測(cè)量了兩槽在接縫處的微量位移，如圖9所示。</p><p><b>　　測(cè)試程序</b></p><p>　　Haparanda橋的測(cè)試程序

36、由兩個(gè)系列組成，其各自又有8個(gè)測(cè)試（兩個(gè)靜載試驗(yàn)，6個(gè)已知速度的動(dòng)載試驗(yàn)）。兩個(gè)系列的測(cè)試分別在張拉前后進(jìn)行。Haparanda橋完整測(cè)試程序的草案如表1所示。由于附近存在鐵路站，本橋的速度限制在20km/h,這也是最大的測(cè)試速度。</p><p>　　測(cè)試荷載由兩個(gè)軸重215KN成對(duì)的柴油機(jī)火車(chē)頭構(gòu)成?；疖?chē)頭上的軸距足夠大，以至于在測(cè)試中任何情況下都能保證兩軸的最大值置于橋板上。在靜載測(cè)試中，火車(chē)頭被置于橋上，

37、使得兩軸距離跨中的距離相等。</p><p>　　圖11 加固前后在主軌道上施加靜態(tài)荷載的應(yīng)變情況</p><p>　　圖12 加固前后在次軌道上施加靜態(tài)荷載的應(yīng)變情況</p><p>　　圖13 加固前后再主軌道上施加穩(wěn)定速度為20km/h的動(dòng)載下S3的應(yīng)變情況</p><p><b>　　加固設(shè)計(jì)</b></p

38、><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算指出在橋板橫向存在24%的抗剪能力缺陷。其最大的抗剪能力為150KN/m, 然而，存在的剪力為186KN/m。所以，加固后，結(jié)構(gòu)最少要提升36KN/m的抗剪能力。所用加固工藝是內(nèi)部后張拉預(yù)應(yīng)力法。</p><p>　　在歐洲2號(hào)規(guī)范的第2章，第6節(jié)描述了混凝土結(jié)構(gòu)抗剪設(shè)計(jì)的一般過(guò)程?？辜裟芰Φ脑O(shè)計(jì)值由以下公式給出：</p><p><b>

39、;　　最小值為</b></p><p>　　如公式（1）所示，預(yù)應(yīng)力的抗剪力包括在了混凝土的抗剪力中。預(yù)應(yīng)力引起的那一部分可以從公式中分離出來(lái)，即</p><p>　　所設(shè)計(jì)變量均在表2中有相應(yīng)描述。另外，k，k1，CRd,c以及vmin的值都可以在各個(gè)國(guó)家的規(guī)范附錄中找到。</p><p>　　為了增加Haparanda橋36KN的抗剪能力，需要至少2

40、60KN/m的預(yù)加力。張拉施加了274KN/m的力，因此，結(jié)構(gòu)增加的抗剪能力差不多有40KN。</p><p>　　通過(guò)引入274KN/m的預(yù)應(yīng)力，Haparanda橋的抗剪和抗彎能力分別提升了27%和15%。如果需要詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算資料，讀者可以參閱Nilimaa（2012）。</p><p><b>　　傳力楔的設(shè)計(jì)</b></p><p>

41、　　為了保證從預(yù)應(yīng)力束到橋體有效的壓力傳遞，需要一套預(yù)應(yīng)力體系和混凝土槽型橋之間的垂向聯(lián)系。因?yàn)榭斩词且?3°鉆取的，而不是90°，所以習(xí)慣上設(shè)計(jì)了一個(gè)鍍錫的金屬楔來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的接觸角度。這些楔也將預(yù)應(yīng)力分散到更廣的混凝土區(qū)域，好比是一個(gè)荷載散布器，同樣也防止了混凝土在錨固后發(fā)生局部壓碎或劈裂。</p><p>　　從簡(jiǎn)化角度出發(fā)，歐洲規(guī)范8.10.3（5）指出，可以認(rèn)為預(yù)應(yīng)力在錨固端以角度散布

42、。的值取arctan（2/3）=33.7°，如圖四所示。</p><p>　　預(yù)加力從鋼束處通過(guò)錨固墊板和傳力楔傳入混凝土結(jié)構(gòu)中。可以認(rèn)為槽橋的外部主縱梁充當(dāng)了混凝土板的傳力構(gòu)件，其寬度為857mm。通過(guò)主縱梁，施加上的力在571mm的范圍里散布。已知的預(yù)應(yīng)力鋼束間距為1500mm，那么傳力楔的最小寬度則可以求得，即1500-2*571=358mm。最終，去偏大值382mm為傳力楔的寬度，如圖4所示。&

43、lt;/p><p>　　圖14 加固前后主軌動(dòng)載速度為南向20km/h時(shí)，S4的應(yīng)變情況</p><p>　　圖15 靜載下預(yù)應(yīng)力鋼束P1-P4的應(yīng)變情況以及動(dòng)載下P4的應(yīng)變情況</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p><b>　　應(yīng)變</b></p><p>

44、　　在對(duì)本橋未加固時(shí)的測(cè)試前，已經(jīng)校正了其應(yīng)變級(jí)別。這就是說(shuō)，由恒載或碎石等引起的應(yīng)變將不計(jì)入在后面測(cè)得的應(yīng)變數(shù)據(jù)。圖11、12展示了兩個(gè)靜載實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變曲線，而圖13、14則是動(dòng)載實(shí)驗(yàn)中S3和S4的應(yīng)變曲線。加固前，列車(chē)荷載是引起應(yīng)變的位移來(lái)源。張拉期間，預(yù)應(yīng)力壓縮了普通鋼筋。這使得應(yīng)變讀數(shù)出現(xiàn)了負(fù)值。由于普通鋼筋的壓縮情況在四個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域都不同，各個(gè)區(qū)域的曲線也都有不同的初始應(yīng)變級(jí)別。</p><p>　　靜載實(shí)

45、驗(yàn)中主槽的預(yù)應(yīng)力束的應(yīng)變情況如圖15（a）所示，動(dòng)載下預(yù)應(yīng)力束P4的應(yīng)力情況如圖15（b）所示。</p><p><b>　　撓度</b></p><p>　　如圖8、9所示，每條路線上的撓度都得到了監(jiān)測(cè)。所有的LVDT在測(cè)試未加固橋前，都已校對(duì)完成。主槽的所有靜載實(shí)驗(yàn)結(jié)果均在圖16到圖18中有體現(xiàn)。布置在靠近橋板中性軸的預(yù)應(yīng)力束和張拉的施工均未影響未加載的橋的撓度。

46、因此，撓度曲線都是從零值開(kāi)始的。動(dòng)載下的撓度曲線與靜載下的曲線表現(xiàn)相似。圖19呈現(xiàn)了加固后橋梁的動(dòng)載（列車(chē)活載速度為20km/h）下的撓度曲線.而其靜載下的曲線則如圖16（b）所示。</p><p>　　圖16 加固前后主軌靜載下的橫向撓度</p><p>　　圖17 加固前后靜載下主軌的縱向撓度</p><p><b>　　連接縫</b>&l

47、t;/p><p>　　兩槽之間的連接縫的位移由COD測(cè)得，其結(jié)果如圖20所示。為了只展示位移，而忽略縫隙的初始寬度，COD的觀測(cè)結(jié)果均進(jìn)行了人為的調(diào)整。值得關(guān)注的是，在預(yù)應(yīng)力的作用下，動(dòng)載下的測(cè)值是靜載的10倍左右。圖20中的負(fù)值指的是縫隙在活載作用下縮短了。</p><p><b>　　分析</b></p><p><b>　　應(yīng)變&l

48、t;/b></p><p>　　混凝土板內(nèi)的主要普通鋼筋的應(yīng)變顯然都為在張拉過(guò)程中受到影響。在開(kāi)始測(cè)試時(shí)，所有的應(yīng)變讀數(shù)均至零。在完成對(duì)未加固橋的測(cè)試后，再次講讀數(shù)至零。四個(gè)傳感器的應(yīng)變讀數(shù)在預(yù)加力擠壓混凝土板和內(nèi)部普通鋼筋的作用下均如預(yù)期一樣減小。但是，這4組普通鋼筋束的壓縮量有著明顯的不同。可能的原因會(huì)在討論中體現(xiàn)。</p><p>　　列車(chē)荷載在靜載和動(dòng)載試驗(yàn)中引起的應(yīng)變最大值

49、分別約為20和32，如圖11（a）和13（a）所示。關(guān)于傳感器的讀數(shù)，主軌上荷載對(duì)S3的影響最為明顯，而次軌的荷載則對(duì)S4影響最為明顯。圖13（a）和（b）分別展示了加固前后S3在動(dòng)載下的應(yīng)變。加固后，曲線的振幅明顯下降。</p><p>　　靜力荷載沒(méi)有影響到預(yù)應(yīng)力束，在加載過(guò)程中，其應(yīng)變值一直保持不變，如圖15（a）所示。這是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力束是布置在靠近橋板的中性軸的區(qū)域，所以鋼束很難受到靜載實(shí)驗(yàn)中外荷載的影響。

50、但是，對(duì)于動(dòng)載實(shí)驗(yàn)，預(yù)應(yīng)力束是會(huì)受到影響的，其應(yīng)變值相對(duì)于其初始水平開(kāi)始波動(dòng)，如圖15（b）所示。</p><p>　　雖然預(yù)加力減少了普通鋼筋的應(yīng)變，但是加固前后其荷載引起的應(yīng)變總值保持不變。對(duì)于未加固橋，靜載測(cè)試所引起的最大應(yīng)變值差不多為20，而加固后最大值小于零。這說(shuō)明了列車(chē)活載引起普通鋼筋的應(yīng)變被預(yù)應(yīng)力完全中和了。</p><p>　　圖18 加固前后主軌靜載實(shí)驗(yàn)中次軌縱向的撓度&

51、lt;/p><p>　　圖19 加固后主軌動(dòng)載為穩(wěn)定速度南向20km/h的列車(chē)荷載時(shí)，主軌的縱向撓度</p><p><b>　　撓度</b></p><p>　　本次加固對(duì)混凝土板的撓度并沒(méi)有特別明顯效果，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力都是布置在靠近中心軸的區(qū)域。如圖16、18所示，加固前后的撓度曲線基本上相同。但是，張拉后的撓度曲線顯得更直，這可能是由于預(yù)應(yīng)力減小

52、了振動(dòng)的關(guān)系。通過(guò)壓縮兩槽、增大兩橋的聯(lián)系，振動(dòng)效應(yīng)明顯降低了。考慮到本橋的預(yù)計(jì)使用期限，這種做法減少了疲勞損害，因此也是相當(dāng)重要的。</p><p>　　橫向的撓度情況說(shuō)明即是是加固前，加載槽的中點(diǎn)最大撓度差不多為0.5mm，那么梁橋的聯(lián)系也是很好的。</p><p><b>　　連接縫</b></p><p>　　本項(xiàng)目使用COD來(lái)監(jiān)測(cè)兩槽

53、聯(lián)系的縫寬。其靜載實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表現(xiàn)出特別的不同。但是到了動(dòng)載實(shí)驗(yàn)，加固后的觀測(cè)值更小。但是，由于篇幅的限制，這些曲線沒(méi)有收錄到本文中。由于預(yù)應(yīng)力的存在，連接縫變得更緊密，不過(guò)沿縫寬度的減少量并不是定值。C1顯示最大的壓縮量差不多有0.0028mm，而C2和C3則分別為0.011和0.007mm。隨著縫寬的減少，理論上張拉力也會(huì)有所下降。但是考慮到縫寬的初始值是一樣的，所以對(duì)連接縫長(zhǎng)期的影響可以忽略。</p><p>

54、;<b>　　討論</b></p><p>　　通過(guò)橫向施加張拉力，Haparanda橋的結(jié)構(gòu)承載能力得到了顯著的提升。預(yù)加力對(duì)底部普通鋼筋的壓縮量為9.2-29.8，其中最大壓縮量發(fā)生在橋梁縱橋向的中部?？v橋向的中部同樣也在加載時(shí)承受了最大了應(yīng)力，其中在靜載實(shí)驗(yàn)中軸重為215kN時(shí)，相對(duì)應(yīng)的最大鋼筋應(yīng)變達(dá)到了大概20（詳見(jiàn)圖11和12）。鋼筋的應(yīng)變值減少了有20。因此，測(cè)試表明由列車(chē)活載引

55、起的應(yīng)變被張拉力中和了。</p><p>　　對(duì)于抗剪能力的加固效果不能從水平主鋼筋的應(yīng)變值中直接判斷得出。但是，人們都認(rèn)為有一個(gè)直接關(guān)系，即水平鋼筋的應(yīng)變?cè)降停敲唇Y(jié)果的抗剪能力越高。這種假設(shè)的緣由是骨料嵌鎖的程度越高，那么預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)抵抗彎曲剪切裂縫的能力也越高。在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)槽橋做了縮小比例模型，并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，對(duì)于橫向張拉的橋板，其抗剪能力實(shí)際的加固效果要優(yōu)于設(shè)計(jì)計(jì)算的預(yù)測(cè)值。但是，要得出清晰的

56、結(jié)論還需要后續(xù)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。</p><p>　　測(cè)試結(jié)果同樣也意味著在兩槽之間存在著高度的聯(lián)系。比如，所得撓度曲線說(shuō)明了兩個(gè)槽實(shí)際上表現(xiàn)得如同一體。通過(guò)加固設(shè)計(jì)計(jì)算似乎也可以認(rèn)為加固前兩槽的聯(lián)系程度較低。好的聯(lián)系可以顯著地改變彎矩分布曲線，減少橋板橫向中部的彎矩，同時(shí)也就相應(yīng)地增強(qiáng)了抗彎能力。</p><p>　　應(yīng)變傳感器S1和S3都被設(shè)置在主軌下單獨(dú)的槽內(nèi)，而S2和S4則是設(shè)置在另外

57、次軌下的槽中。因此，每個(gè)槽的橫向都有2個(gè)應(yīng)變傳感器：S1和S2在同一個(gè)橫截面上，而S3和S4則是在另一個(gè)橫截面上，如圖1所示。之前有預(yù)計(jì)張拉會(huì)對(duì)相同橫向截面上的兩個(gè)應(yīng)變傳感器的讀數(shù)造成差不多相同的影響。然而，四組鋼筋的壓縮量并不是相同的。事實(shí)上，即使是橫斷面，也不能推斷出什么關(guān)系出來(lái)。這里的小偏差是可以解釋的。這四組不同的鋼筋是通過(guò)應(yīng)變傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)的，另外在1959年這些鋼筋的制造和綁扎過(guò)程中可能就可能已經(jīng)發(fā)生了。預(yù)應(yīng)力孔道的鉆取偏差和

58、近應(yīng)變傳感器局部的裂縫也都可能造成了觀測(cè)值的偏差。不過(guò)，S1和S2或者S3和S4他們之間的壓縮量的不同應(yīng)該是相對(duì)很小的，但是實(shí)際上分別為14和8。對(duì)于S1和S2的壓縮量之間的差距為何相對(duì)比較大，目前還清楚，還需要更多的研究。</p><p>　　橫向張拉能使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，這點(diǎn)可以從加固后更為平滑的撓度曲線和動(dòng)載下鋼筋更小的振幅中可以看出。穩(wěn)定性的加強(qiáng)應(yīng)該對(duì)于結(jié)構(gòu)的使用時(shí)限是有積極的作用的，因?yàn)椴牧咸匦院徒Y(jié)構(gòu)的抗疲

59、勞能力都得到了提升。不過(guò)，需要進(jìn)行更多加固后的振動(dòng)監(jiān)測(cè)來(lái)研究和證實(shí)這樣的觀點(diǎn)。</p><p>　　我們還需要更多的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試來(lái)進(jìn)一步證實(shí)本文中的結(jié)果，同時(shí)也要研究不同鋼筋壓縮量不同的原因。預(yù)應(yīng)力束之間橫向間距的設(shè)計(jì)同樣也需要通過(guò)更多的試驗(yàn)室試驗(yàn)來(lái)研究和改善。</p><p>　　圖20 加固前后主軌靜載下的接縫寬度</p><p><b>　　結(jié)論<

60、;/b></p><p>　　本項(xiàng)目研究所產(chǎn)生的結(jié)論如下：</p><p>　　雙槽型橋的承載能力能夠通過(guò)在橋板底部橫向施加無(wú)粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力來(lái)提高。加固效果明顯比設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)測(cè)值要好；</p><p>　　兩槽之間的初期聯(lián)系度是很高的，兩槽表現(xiàn)得像一個(gè)整體；</p><p>　　加固后更為平緩的撓度曲線表面加固后的橋梁的振動(dòng)得到了減弱；&l