预应力钢绞线在桥台中的加固

　　摘要：根据桥台开裂机理，提出了在前墙与侧墙隅角处增设倒角法和预应力拉筋法，用于桥台加固中。
关键词：预应力，加固，桥台，有限元法

1桥概况
某中桥为3孔20米预应力钢筋混凝土空心板桥，宽23m，桥台高22.90m，U型桥台用7.5号砂浆砌30号块石，基础为C15片石混凝土，置于新鲜基岩上。当桥台砌筑完成，台背回填至距桥台顶面4.5m时，在侧墙与前墙相交部位，发现侧墙上有轻微竖向裂纹。当台背回填至距桥台顶面2m时，裂纹发展成宽约0.8cm的裂缝。裂缝在侧墙上沿着与前墙相交的部位由上而下迅速发展。此后，又继续往上回填两层约60cm厚。发现每回填一层，裂缝宽度明显增大，最后裂缝宽度达1cm。
上述桥台的特点是，桥台宽度大，为23m，同时桥台高度大，为22.9m。桥台开裂的特征是在桥台台内填土过程中出现开裂，并且裂缝发展迅速。可见，台内填土对桥台的影响是十分显著的，应计入土压力的影响。
2模型建立
2.1基本模型
桥台模型为三维有限元模型，模型形状及尺寸按实际比例1:1绘制。单元全部采用空间4结点实体单元[1]。桥台结构物本构关系全部采用各向同性线弹性，填土影响按土压力考虑。整体有限元模型所受荷载类型及大小与平面理论计算部分相一致，荷载采用土压力和车辆荷载的组合。考虑土压力变化规律，将其以面荷载形式分别施加到前墙与侧墙背面。
桥的材料性能E=2.4e4MPa,泊松比ν＝0.16，质量密度m=2400kg/m3；桥台的墙背与台内填料的摩擦角均取，并假定台内填土土质是单一的和各向同性的，填料采用粘性土，，内摩擦角为；假定地基整体沉降已结束,即不考虑地基变形影响，视地基为刚性,尽量消除边界效应对模型计算的影响[2]。
2.2土压力计算[3]
墙背与填料间摩擦角，墙背倾角,＝42.96°，b=21.5m，H=22.90m，代入上述公式后得，，,，，h1=55.2082>22.9m(舍)，h2=0.5999(>0)，故取，
，即该桥台一个破棱面基本上沿BD面，但与另一侧墙不相交，可按常规库仑土压力公式计算。计算得土压力E=3141.165KN。
2.3加固措施
由于桥台加固属于病害后加固，考虑实际施工的可操作性，决定将拉筋位置布置在桥台高度约1/3处，桥台8m处。桥台采用预应力钢绞线对拉两侧墙的加固方法[4]。
加固方案是通过对拉预应力钢绞线来抵抗8m高的台内填土及填土之上的汽车荷载（汽超－20）引起的水平土压力。根据计算，采用高强预应力钢绞线拉筋。拉筋布置在距侧墙顶面5m和8m处。第一排（5m处）拉筋每3m一束，共5束，每束拉筋由4根钢绞线组成，共张拉400KN。第二排（8m处）拉筋也是每3m一束，共4束，每束拉筋由4钢绞线组成，共张拉400KN。如图1为加固示意图。

图1桥台加固图
3计算分析与结果对比
实际上，除了土压力因素，桥台的开裂原因都比较复杂，桥台尺寸，地基的不均匀沉降，台内回填的工序问题等等。但基于本文的研究中心，现仅从土压力方面分析。
3.1加固前后，桥台最大主应力云图比较

图2加固前后，桥台的最大主应力云图
该桥台加固前后最大主应力云图的变化规律与桥一类似，桥台隅角及侧墙翼尾墙踵处的拉应力都有较大的改善，隅角处的主拉应力降低了约58％，侧墙翼尾墙踵处的主拉应力也降低了约58％。可见，这种应力改善对预防及加固桥台的开裂是很有利的。
3.2加固前后，桥台最大变形云图比较

图3加固前后，桥台的变形云图比较
加固后，桥台侧墙翼尾顶端最大变形值明显降低了很多，喇叭形开口有所收
敛。但是，桥台前墙中部变形加大，这对于宽桥台是很不利的。为此，最好在前墙中部增设变形缝以适应其变形。
4结论
综上所述，采用预应力钢绞线对拉两侧墙的加固方法，不仅可以改善桥台的受力情况，还可以有效减小侧墙翼尾顶部的最大变形值。虽然，它也有一些不足之处，但是比起其它加固方法，它还具有施工方便简单，经济安全优点。它既适用桥台运营前的预防性加固，也适用于桥台出现病害后的加固，因此拉筋法是一种值得推广的加固桥台的有效方法。
参考文献：
[1].欧阳，马文华，《弹性．塑性．有限元》[M]，科学技术出版社，1982；
[2].《公路桥梁设计通用规范》，[S]，人民交通出版社，1985；
[3].顾慰慈，《挡土墙土压力计算》，[M]，中国建材工业出版社，2001；
[4].袁伦一，《连续桥面简支梁桥墩台计算实例》[M]，人民交通出版社，1994；

《预应力钢绞线在桥台中的加固》

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