武漢長江二橋正橋

預應力混凝土連續梁、連續剛構維修工程

整體結構設計復核計算報告

中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司

中交第二公路勘察設計研究院

二00六年二月

項目負責人:

室主任:

總工程師:

院長:

目錄

第一部分漢口側7X60m連續梁加固設計整體計算復核......1

第二部分83m+130m+l25m剛構橋設計整體計算復核---------21

第三部分結論及建議------------------------------------48

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第一部分漢口催7X60m連續梁維修設計整體計算復核材料名稱部位彈性模量(kpa)泊松比容重(kN/4)

1上部結構計算參數及模型結構鋼鋼桁架2.05e80.378.5

本橋上部結構為7X60m預應力連線箱梁，整體結構布置形式如圖1-UC50?梁3.5e70.16726.5

預應力束1.9e80.378.5

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1.1.2荷載參數

圖1-1全橋結構布置示意圖

(1)結枸恒載

采用MIDAS/civil6.71將全橋結構簡化為空向梁格結構進行空間架設過程整

結構自重：根據材料參數與的元戰面特性計算：

體計算，取地幅橋梁進行計算，加固鋼桁架及粘鋼與主梁采用剛幡連接，共2784

二期恒載：根據設計圖紙進行計燈.取30kN/m：重新鋪裝后，取死kN/m：

個節點,5521個單元。計算模型局部示意如圖1-2.圖1-3。

預應力：按照設計圖計算，考慮損失效應：

基礎冗降：分別對彩個橋墩墩底考慮均勻沉降1cm.然后進行組合.

(2)車輛活載

圖1-2部分計算模型示意圖汽車汽超-20,橫向按每個箱室3車道考慮

人群3.5kN/m2

掛車特種掛車-220

(3)溫度效應

整體升降溫25c

頂板升溫5-C(《根據公路鋼筋混凝土及預應力制筋混凝土橋涵設計規范》

圖1-3局部模型透視圖

(JTJ023-85),應用于荷載組合I、2)

1.1計算參數

(4)荷載組合

1.1.1材料參數

組合1：恒毅+活載《汽車+人群)+支座沉降

表1-1材料力學參數表

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組合2：恒載+活我（汽車+人群》+支座沉降+溫度荷載5）繼續運營900天；

2計算復核依據6）張拭體外束；

1）公路橋涵設計通用規范（JTJ021-85）；7）粘貼腹板鋼板：

2）公路橋涵設計通用規范（JTGD60-2004）；8）安裝腹板加勁鋼桁架。

3）公路工程技術標準（JTJ01-81）：關于加固期間的分跨壓也，由于沒有詳細的設計資料，在本次復核計駕中沒

4）公路鋼筋混凝土及預應力鋼筋混凝土橋涵設計規葩（JTJ023-85）；有考慮，具體壓重方案宜結合實際施工研究確定。

5）公路削筋混凝土及預應力鋼筋混凝土橋涵設計規范＜JTGM22004）：

6）城市橋梁設計準則（報批稿1985.5）；4計算復核內容

7）武漢長江二橋正橋連續梁及連續剛構箱梁內部檢測結果報告：4.1原設計發核

8）武漢長江二橋正橋剛構梁裂縫檢測期橋面線型觀測技術報告及成果我；根據院圖紙及荷我等級,采用85橋規對原設計進行群力犯核計算，判定原設

9）武漢長江二橋正橋第動我試艙報告：計是否能達到規范要求,計算結果見圖17?圖1-15.

10：武漢長江二橋正橋連續梁及剛構箱梁分析評估報告：4.2加固前損傷狀態評估

11：武漢長江二橋正橋預應力混糠士連續梁、連續剛構維修工程施工設計通過M固,只能在原結構的基礎上一定范用內調整或改變結構的受力狀態.

鑒于本橋原設計與加固設計均采用85規范旌行，本次計算更核也采用相同因此首先必須了解結構目前的受力狀態，另外，為了避免加固后病害繼續發展或

的城范，以保持一致性.加刷，也帑要分析病古及損傷的深因，才能對癥下的.達到理想的加固效果。

3施工階段劃分參考普查、荷載試驗的結果和一般的橋梁病害特點，分別考慮了幾種主要的

參照設計圖紙，考慮了主要的施工過程，主要計算階段如下：損傷病吝，計算其對結構應力和位移的影咱，以便正確的了解橋梁在加固前的受

I）合龍前懸臂狀態：力狀態.計算考慮的幾種主要病宙損傷如下：

2）合龍井張拉合龍鋼束；1）頊應力損失影響分析

3）橋面錐裝由于本橋未作預應力損失的相關試臉和檢測,對干預應力損失只能參考其他

4）運營2500天，更換二恒；橋梁的經驗和本橋一些典型的病害進行估計。

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也向預應力采用粗鋼筋，張拉控制應力較低，且長度較短，預拉力在長期的原設i-荷我為6車道汽一超20,設計車流於為6萬輛/R.橫向按每個箱室

混凝土徐變和收縮作用下折減較大甚至為零，國內許多橋梁的實測情況也證實了3車道，考慮0.8的折減系數和1.15的偏載系數后,單幅計算車道數2.76。

這一點，因此一般設計計算時就只計入0.6倍的效應，考慮到本橋運營時間較長，經統計，本橋實際通行車輛為14?20萬輛/日，且在夜間22:00后有大段重

且取板斜裂縫分布普迪.認為豎向預應力可能有較大的折減,因此分別計修折誠車集中通過，存在嚴亮的超轂情況，

50%、100%的膨響.（結果見圖1-16）由于未進行汽車荷載統計分析，只能對超載進行大致估計.考慮到實際流量

根據普杳結果,頂底板有較多的橫橋向裂縫，H.跨中普遍下沉，推測縱向預比設計流量大2?3倍,超載計算時單幅計算車道數為3.45。計算結果見圖

應力可能有一定折減.參照一般做法,分別按折破10%、20%H算其影響.（結1-22?圖1-28.

果/圖1/7、圖1-18）5）綜合摸傷評估

2）徐變效應分析本橋實際的橋梁損傷狀態是多種單項損傷組合而成，為便于分析,定義兩種

混凝土徐變收縮是橋梁持續下沉的重要旗四，其效應與結構的內力狀態密損傷組合模型：

切可關.對于一般的公路橋梁,徐變是報據恒載內力狀態計算，不考慮活我的影低度損傷：豎向預應力折減50%?縱向預應力折減10%.剪切剛度折減30%.

響,時于本橋，由于車流欲大，任何時候橋面上都有一定的車輛，可以將該部分彎曲剛度折減10%,徐變已發生，汽車超皴：

活我換算荷載均布荷載用于計算除變。換算均布荷載按14萬輛車，每輛10噸，高度損但I豎向預應力折減100%，縱向預應力折減20%.剪切剛度折減60%.

車速50km/h考慮。浮曲剛度折減20%,徐變己發生，汽車超教，

結合本橋的實際病書特征，計算徐變時還考慮了2003年橋面鋪裝和縱向預針對兩種損傷模型，檢算結構的內力和變形，分析其安全性能。（結果見圖

應力折減20%的影響.（結果見圖1-19,圖1-20：29?圖1-10）.結合計算結果和實測的撓度數據,對結杓的損傷狀態進行評估.

3）剛度折減影響4.3加固效果分析

荷載試驗的實測變形普遍比理論值珞大,可以認為主梁的剛度有一定折減.1）體外束

對于斜裂縫開展區域，考慮剪切剛度折誠3）%,60%,對于頂底板裂縫區體外束是本橋加固的主要手段，從受力角度來看其主要目的是通過預應力改

域，考慮彎曲剛度折誠20%.對位移的影響見圖卜21.變怛我內力狀態,并減少一部分涔中撓度.通過計舞得到體外束對結構恒載應力

4）汽車超載分析和位移的影響見圖1-4k圖1-42.

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2）鋼桁架、貼鋼板和碳纖維

銅桁架和貼銅板的主要作用是增加紀構的剛變和承載力,承擔一部分活載作

用，減小活載的位移和應力，（計算結果見圖1-43、圖1-44）

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碳纖維主要是針對裂縫分布區，主要目的是提高承致力并保護混凝土，提高抗腐蝕能力，因其對剛度的影響較小，在整體沛力計算中未考慮。

4.4加固后結構的安全性計算

分別考慮低度損傷和高度損傷的模型，對加固后的結構進行運營階段荷數組合計紐，評估加固后結構的安全性，結果見圖175?圖1Y2。

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5計算成果（由于結構對稱，僅示一半）

以下圖表中，應力中位均為MPa,受拉為正：位移單位為mm,向上為正。

（1）原設計條件下，組合1、2作用下的主梁應力及換度。

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圖1-1按原設計堵構,荷載組合1作用上緣正應力包絡圖

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mi-5按原設“結構，荷我紙合i作用下緣正應力包給圖

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圖1-6按原設計結構，荷我組合2作用上級正應力包絡圖

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圖1-7按原設計結構，荷裁組合2作用下緣正應力包絡圖

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圖1-8按原設計結構，荷載加合I作用最大主拉應力圖

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圖1-9按原設計結構，荷栽組合1作用最大主壓應力圖

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圖1T0按除設計結構，荷我組合2作用最大主拉應力圖

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圖1-11按原設計結構，荷載組合2作用最大主質應力圖

圖1-12按原設計結構，汽車加入群主梁最大向上位移示意圖

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圖1-13按原設計結構,汽車加入群主梁城大向下位移示意圖

圖1T4按原設計結構,汽車加入群作用,上緣應力包絡圖

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圖1-15按原設計結構，汽車加入群作用，下綠應力包絡圖

主梁在原設計荷就條件下,縱向頂、底板運苜組合1作用下最大正壓應力11.9MPa,小;規范限值0.5Rj=17.5MPa：最大正拉應力為1.1MPa,小丁規范限

值。.8RF=2.4MPa：最大主壓應力11.9MPa,小于規范限值O.6R/=2lMPa；最大主拉應力為2.2MPa,小于規范限值0.8RP=2.4MPa.運營組合2作用下最大正

壓應力11.9MPa,小于規范限值0.6R2=21MPa,最大正拉應力為1.1MPa,小于規第限值0.9RF=2.7MPa：最大主壓應力為ll.9MPa,小于規范R1值0.65RR=22.75Mpa：

最大主拉應力為2.2MPa,小于規冠限值0.9RP=2.7MPa,原設計總體上滿足設計規范（85娓愆）要求。

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(2)加固前報傷狀態評估計算結果

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圖1-17縱向預應力折戰產生主梁堅向位移圖

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圖1-18期向預應力折域對梁體正應力的影響圖

圖卜19從竣工到目前,徐變收縮作用主梁的豎向位移圖（包含二恒改造及縱向預應力折減20%的效應）

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--上線正應力■?-下緣正應力

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圖120隊竣工到日前.徐變收縮作用主梁的正應力變化圖（包含二怛改造的效應）

圖1-22汽車超我（3.45車道）作用，主梁上綠正應力包絡圖

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圖1-23汽車超我（3.45車道）作用，主梁下綠正應力包絡圖

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圖1-24無損傷.超載.組合2,上緣上應力包絡圖

圖1-25無損傷，超我，組合2,下稅壬應力包絡圖

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圖1-26無損傷,超我，組合2,最大主拉應力圖

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圖1-27無損傷，超我，組合2,最大主壓應力圖

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圖1-28無損傷，超我，組合2,腹板中部最大主拉應力圖

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圖1-29高度損傷，超我，祖合1上緣正應力包絡圖

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圖1-31高度損傷，超載，荷載組合2.1緣正應力包絡圖

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圖1-32高度損傷，超錢，荷載如合2,下絳正應力包絡圖

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圖1-33高度損傷,超我，荷載組合2,最大主拉應力圖

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圖1-34高度損傷,超裁，荷載組合2,最大主壓應力圖

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圖1-35高度損傷,超載，荷我阻臺'2,腹板中部坡大主拉應力圖

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圖136低度損傷，超載，荷載組合2,上修正應力包絡圖

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圖1-37低度損傷,超載,荷我組合2,下緣正應力包絡圖

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圖138低度損傷.超載，荷載組合2,截面最大主拉應力圖

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圖卜39低度損傷.超載.荷載組合2.截面最大主壓應力圖

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圖140低度損傷，超載.荷載組合2,腹板中都加大主拉應力圖

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對梁體應力影響較大的因素包括預應力損失、徐變收縮、汽車超載三個方面，根據武漢大學對本橋線型進行的7次測圻表明，跨斗撓度持續用加，到2005

其中：豎向預應力損失對主梁的應力影響較小.W向預應力的影響較大.縱向預年3月,正橋連續梁卜撓數據見表1-2.

應力折減20%,對主粱的應力影響最大為3MPa：徐變收縮（包括二恒改鋪》的表卜2實測主梁碼中累計下撓侑

效應使得主梁應力變化最大為IMPa：汽車超載對主梁的應力影響較大,與無超07#1-2#2?3#3-4#1-5?5?6#6?7#

載數據相比，鈕我使得上緣應力最大增加2MPa.地跨中墩跨中墩跨中康跨中墩脖中地跨中地踏中

對主梁下撓影響較大的因素包括雙向預應力慍失、徐變收縮、剛度折凝三個平均

76.8mm44.8mm49.1mm66.1mm54.5mn15.5mm84.8mm

方面.其中：縱向預應力損失20%使得邊嶺跨中下撓約20mm:徐變收縮（包含撓度

二恒改鋪）的效應使邊躋跨中下撓約20mm；彎也剛度折M20%導致邊跨跆中下粽合預應力折減、徐變剛度折減幾個方面的綜合效應邊跨的最大卜撓計算研

撓接近10mm.剪切剛度的折減效應比彎曲剛度曼小得多.約為60mm，中跨下撓計算值約為20mm?40mm。除5-6#墩跨中以外，其他

根據85規槍，運營階段50號預應力混凝土的應力允許限值如下：幾跨下撓的計算值均比實測值要小，從撓度測埴的數據來看，兩邊跨的下撓最大，

荷載組合I：正樂應力O.5Rj=17.5MPa,正拉應力0.8RF=2.4MPa：5?6#墩於中的下撓最小，這與普查結果中，5?6#墩跨中裂縫分布較少是對應

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主任應力0.6R,=2IMPa,主拉應力O.8Rt=2.4MPa：的。

荷載組合2：正壓應力0.6R『=2lMPa,正拉應力0.9RP=2.7MPa；綜合分析，可以認為本橋主梁不斷下撓的原因是預應力損失、徐變、由于車

主壓應力0.65R『=22.75MPa,主拉應力0.9R>b=2.7MPa；輛超我導致混凝土開裂，

計算表明,在僅考慮汽車超載，不考慮結構桐偉時拉應力只是略大丁典范結合兩種損傷計算模型的結果與實際普查的裂縫和其他病害情況分析,認為

限餞.考慮損傷后，不管是按高度損傷還是低度挖傷，荷載組合（考慮超載）作本橋的實b損傷狀況更接近與假定低度損傷。

用下主梁的正拉應力、主拉應力都己經超過了8f?規范規定的材料限值，甚至已

經超過了材料的標掂強度.必然導致結構開裂.結合應力計以結果和普查檢測中

的裂縫分布圖來看，主拉應力數值較大的區域與實際裂縫分布區域能夠基本對

應.由于裂縫的出現導致材料進入塑性階段.在多次加載重里作用卜變形不斷枳

累，這也是導致實測撓度不斷增加的?個原因。

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(3)加固效果分析

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圖1-41張拉體外預應力束對主梁正應力的影響圖

圖142張拉體外預應力束產生的主嫌駁向位移圖

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圖173鋼桁架時活我作用應力的影響圖（按高度損傷）

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圖1-11鋼桁架對活裁作用豎向位移的影響圖

體外束的對主梁跨中下綠及地頂上綠的正應力有顯著的效果，對墩頂下緣正應力改善效果甚微。結合運營期間應力計算結果（圖1?26?圖1<1）可知，在體

外束的作用卜原拉應力較大的上緣或卜緣區域施加了一定的樂應力.能有效的降低運營狀態的拉應力水平,且有利于裂縫的閉合.

在體外束的作用下，各跨%中均有4mm?5nlm左右的向上位移，時主梁的踐形恢匆有較小的作用。

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鋼桁架應力和剛度的加固效果不明顯，從活段位移來看，桁架對主梁剛度的提高約在1%左右，但是鋼桁架能夠一定程度上約束主梁繼續下撓。

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（4）按目前方案加固后，結構的安全性分析結果

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圖1-45低度損傷加固后，荷載組合I作用上級正應力包絡圖

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圖1-46低度損傷加固后，荷載組合1作用下緣正應力包絡圖

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