jA钢筋混凝土桥墩顶帽竖向开裂原因分析及加固对策.docx

1、jA钢筋混凝土桥墩顶帽竖向开裂原因分析及加固对策姓名：赖日升 班级：铁工1009班 指导老师：邓志勇老师钢筋混凝土桥墩顶帽竖向开裂原因分析及加固对策摘要: 钢筋混凝土桥墩顶帽产生竖向裂缝的问题已经引起人们的注意。借助大型有限元程序 ANSYS 计算得到了竖向裂缝处的受力, 并结合桥墩的实际运营状况对顶帽处竖向裂缝的内外因素进行了分析。在此基础上, 通过计算, 给出了碳纤维( CFRP) 加固后桥墩顶帽的应力大小, 确定了病害桥墩顶帽加固方案及预防措施, 为钢筋混凝土桥墩顶帽的设计、施工提供参考。关键词: 桥墩顶帽 竖向裂缝 加固对策在既有铁路和新建铁路简支桥梁的桥墩顶帽及托盘( 横桥向) 处发

2、生了大量的竖向裂缝, 此类病害有蔓延加剧的趋势已经严重地影响到桥梁的使用, 极大地威胁了铁路交通运营的安全性。为此, 本文首先分析了竖向裂缝的产生机理, 给出了预防措施及加固方法,为存在此类病害桥梁的加固改造提供参考。1. 裂缝状况京广线某简支梁桥系1998年11月建成开通运行, 第 1 7 孔和第9孔为预应力混凝土 T 梁, 盆式橡胶支座, 第 8 孔为 48 m 下承 钢 桁 架梁, 摇轴 支 座。2000 年 8 月发现部 分支承垫石及墩顶开裂。裂缝一般在墩顶沿线路纵向南北两侧对称分布, 从支承垫石顶开始穿透支承垫石经墩帽向下发展, 且有发展趋势,裂缝最大长度为1 370 mm, 裂缝最

3、大宽度达 0115 mm。该桥1# 、2# 、3# 墩为曲线墩, 其余墩 为直线墩。据调查发现, 直线墩裂缝一般分布在墩帽, 曲线墩在支承垫石和墩帽都出现裂缝。根据铁路桥隧建筑物设备劣化标准, 该 桥个别 墩顶裂缝病害已达A1级劣化标准。鉴于该桥运营仅1年多时间就出现该病害, 且竖向裂缝数量众多、宽度较大, 说明该病害是相当严重的。随后, 铁路运营部门对跨径相近的既有简支桥梁进行了调查, 发现此类病害桥梁很多, 说明桥墩顶帽竖向裂缝的出现并非偶然。由于桥墩顶帽裂缝所处位置及其分布具有很强的规律性, 因此有必要对其产生的原因进行分析。2. 裂缝原因分析内因1) 混凝土自身特性是产生裂缝的重要因素

4、。由于混凝土的物理、化学性质决定了早期收缩将导致表面裂缝的发生。进入硬化阶段, 由于桥墩顶帽混凝土体积较大, 水化热将使顶帽产生温差效应, 这是导致竖向裂缝产生的一个重要原因。2) 后期应力作用下混凝土产生的徐变等也是产生裂缝的原因。在长期运营外力作用下, 混凝土的徐变将导致混凝土的力学性能下降, 裂缝的发生和发展也是可能的。3) 水泥品质、外加剂和外界环境的影响。目前建设单位对混凝土强度尤其是早期强度提出了更高的要求, 各水泥厂家为满足需要, 水泥的成份发生了较大变化, 加之早强剂、减水剂的使用, 以及由于外界环境的变化和影响, 有害离子与混凝土骨料之间的反应, 更容易造成混凝土的开裂。外因

5、1) 设计规范和设计水平问题。由于设计规范对桥墩顶帽局部受力没有明确的变形裂缝规定, 混凝土开裂问题尚未成为设计控制指标, 并且大多数设计单位普遍采用标准图, 由此造成了此类病害的普遍性。2) 施工质量控制不严,由于目前施工单位的素质良莠不齐, 加之施工分包现象严重, 很难保证桥墩混凝土的施工质量。另外, 如果标高控制不严, 将出现支座不平顺现象, 导致桥墩顶帽受力不均, 将加剧竖向裂缝的发展。3) 车辆的横向摇摆力、轨道的不平顺影响, 以及外部荷载的低周长期作用将导致混凝土材料的低周疲劳条件下抗拉强度的降低, 裂缝更容易发生。竖向裂缝处受力分析三维实体有限元模型建立计算模型依据跨径32 m

6、预应力混凝土梁, 梁全长3216 m。TPZ 标系列 专用盆式橡胶支座。材料特性:设计支承垫石为C40 混凝土, 采用弹性模量 E = 313 1010 Pa, 质量密度2 500 kgPm3, 泊松比 L= 012, 设计抗拉强度取2114 MPa; 墩帽及托盘设计为 C20 混凝土, 采用弹性模量E = 218 1010 Pa, 质量密度2 300 kgPm3, 泊松比L= 012, 设计抗拉强度取 1138 MPa。钢筋弹性模量E = 211 1011 Pa, 质量密度7 850 kgPm3, 泊松比 L=013。单元划分: 利用 ANSYS 程序中三维 8 节点实体单元SOLID65

7、模拟混凝土实体结构, LINK8 单元模拟钢筋的作用, 桥墩顶帽三维有限元模型如图 1 所示。图表 1左)图表 2右)计算结果1) 桥墩顶帽应力如图2 所示, 三维有限元计算结果表明: 对于 32 m直线桥墩而言, 在支座传递的强大竖向静载和活载作用下, 桥墩顶帽与托盘连接处和两支座中间处出现较大数值的局 部横向拉 应力, 计算最大 横向拉应 力为1113 MPa。在实际工程中还应考虑混凝土硬化过程所产生的温差应力和混凝土收缩引起的应力差, 列车横向摇摆力和混凝土这种脆性材料在低周疲劳条件下抗拉强度的降低等因素, 横向拉应力将接近混凝土的实际抗拉强度, 产生裂缝是可能的, 而且裂缝的分布位置及

8、形式与现场竖向裂缝调查结果基本吻合。2) 钢筋间距对受力的影响为得到顶帽及支承垫石钢筋间距及直径对顶帽受力影响时, 计算工况如下:钢筋 间距20 cm, 直径 10 mm; 钢筋间 距 10cm, 直径 10 mm; 钢筋间距 10 cm, 直径 14 mm; 钢筋间距10 cm, 直径 16 mm; 钢筋间距 10 cm, 直径 20mm。计算结果如表1 所示, 可见, 考虑钢筋作用后, 在墩帽底部 出 现的 最大 横向 拉应 力由1113 MPa 降为1108 MPa, 应力最大降低414 % ; 在两个支承垫石中间位置最大主应力从21048 MPa 降为 21035 MPa, 最大降幅为

9、110 % , 总之, 二者应力变化很小, 钢筋间距和直径变化对顶帽受力影响不大, 可以忽略不计。3 竖向裂缝预防措施及加固方案设计1) 增大混凝土强度等级在设计中可以考虑适当增大混凝土的等级, 提高其抗拉设计强度, 在一定程度上可以避免裂缝的产生。2) 增加分布钢筋虽然分布钢筋数量变化对顶帽受力影响不大, 但是加密分布钢筋可以增大钢筋对混凝土的环箍作用,并且使顶帽的整体性更强。, 【唯美句子】 走累的时候，我就到升国旗哪里的一角台阶坐下，双手抚膝，再闭眼，让心灵受到阳光的洗涤。懒洋洋的幸福。顶 3 收藏 2 【唯美句子】 一个人踮着脚尖，在窄窄的跑道白线上走，走到很远的地方又走回来。阳光很好

10、，温暖，柔和。漫天的安静。顶 7 收藏 7 【唯美句子】 清风飘然，秋水缓淌。一丝云起，一片叶落，剔透生命的空灵。轻轻用手触摸，就点碎了河面的脸。落叶舞步婀娜不肯去，是眷恋，是装点？瞬间回眸，点亮了生命精彩。顶 11 收藏 9 【唯美句子】 几只从南方归来的燕子，轻盈的飞来飞去，“几处早莺争暖树，谁家新燕啄春泥，”其乐融融的山林气息，与世无争的世外桃源，让人心旷神怡。顶 0 收藏 2 【唯美句子】 流年清浅，岁月轮转，或许是冬天太过漫长，当一夜春风吹开万里柳时，心情也似乎开朗了许多，在一个风轻云淡的早晨，踏着初春的阳光，漫步在碧柳垂青的小河边，看小河的流水因为解开了冰冻而欢快的流淌， 清澈见底

11、的的河水，可以数得清河底的鹅软石，偶尔掠过水面的水鸟，让小河荡起一层层的涟漪。河岸换上绿色的新装，刚刚睡醒的各种各样的花花草草，悄悄的露出了嫩芽，这儿一丛，那儿一簇，好像是交头接耳的议论着些什么，又好象是在偷偷地说着悄悄话。顶 3 收藏 4 【唯美句子】 喜欢海子写的面朝大海春暖花开，不仅仅是因为我喜欢看海，还喜欢诗人笔下的意境，每当夜深人静时，放一曲纯音乐，品一盏茶，在脑海中搜寻诗中的恬淡闲适。在春暖花开时，身着一身素衣，站在清风拂柳，蝶舞翩跹的百花丛中，轻吹一叶竖笛，放眼碧波万里，海鸥，沙滩，还有扬帆在落日下的古船，在心旷神怡中，做一帘红尘的幽梦。顶 0 收藏 2 【唯美句子】 繁华如三千

12、东流水，你只在乎闲云野鹤般的采菊东篱、身心自由，置身置灵魂于旷野，高声吟唱着属于自己的歌，悠悠然永远地成为一个真真正正的淡泊名利、鄙弃功名利禄的隐者。顶 1 收藏 3 【唯美句子】 世俗名利和青山绿水之间，你选择了淡泊明志，持竿垂钓碧泉绿潭；权力富贵和草舍茅庐之间，你选择了宁静致远，晓梦翩跹姹紫嫣红。顶 2 收藏 3 【唯美句子】 那是一株清香的无名花，我看到了它在春风夏雨中风姿绰约的模样，可突如其来的秋雨，无情的打落了它美丽的花瓣，看着它在空谷中独自凋零，我莫名其妙的心痛，像针椎一样的痛。秋雨，你为何如此残忍，为何不懂得怜香惜玉，我伸出颤抖的双手，将散落在泥土里的花瓣捧在手心。顶 4 收藏

13、5 【唯美句子】 滴答滴答，疏疏落落的秋雨，赶着时间的脚步，哗啦啦的下起来。听着雨水轻轻地敲击着微薄的玻璃窗，不知不觉，我像是被催眠了一样，渐渐的进入了梦乡。顶 3 收藏 5 【唯美句子】 在这极致的悲伤里，我看到了世间最美的爱，可谁又能明白，此刻的我是悲伤还是欢喜，也许只有那拨动我心弦的秋季，才知道潜藏在我心中的眼泪。顶 4 收藏 3 【唯美句子】 看着此情此景，我细细地聆听。像是听到了落叶的呢喃，秋风的柔软，在这极短的瞬间，他们一起诉说着最美的爱恋，演绎着永恒的痴缠。当落叶安详的躺在大地，露出幸福的模样，你看，它多像一个进入梦乡的孩子。突然发现，秋风并非是想象中的刽子手，原来它只是在叶子生

14、命的最后一刻，让它体会到爱的缠绵，飞翔的滋味。顶 1 收藏 1 【唯美句子】 很感谢那些耐心回答我的人，公交上那个姐姐，还有那位大叔，我不知道他们是不是本地人，但我们遇到的一个交警协管，一位头发花白的大姐，她是上海本地人，很和善，并不像有些人说的上海人很排外。事实上，什么都不是绝对的。顶 2 收藏 0 【唯美句子】 我嗅到浓郁的香奈尔，却也被那种陌生呛了一鼻。也许，我却不知道，那时的感受了。那里没有那么美好，没有安全感，归属感。我想要的自由呢，不完全地体验到了。顶 2 收藏 1 【唯美句子】 那些繁华的都市，车水马龙，灯红酒绿，流光溢彩，却充斥着一种悲哀，浮夸。我看到各种奢华，却也看到各种卑微

15、，我看到友善亲和，也看到暴躁粗鲁，我看到金光熠 【优美语句】 踏过一片海，用博识的学问激起片片微澜；采过一丛花，正在聪慧的碰碰外送来缕缕清喷鼻；无过一个梦，决定从那里启程。顶 0 收藏 0 【优美语句】 人生如一本书，应该多一些精彩的细节，少一些乏味的字眼；人生如一支歌，应该多一些昂扬的旋律，少一些忧伤的音符；人生如一幅画，应该多一些亮丽的色彩，少一些灰暗的色调。 顶 0 收藏 0 【优美语句】 母爱是一滴甘露，亲吻干涸的泥土，它用细雨的温情，用钻石的坚毅，期待着闪着碎光的泥土的肥沃；母爱不是人生中的一个凝固点，而是一条流动的河，这条河造就了我们生命中美丽的情感之景。 顶 0 收藏 0 【优美语句】 生活如海，宽容作舟，泛舟于海，方知海之宽阔；生活如山，宽容为径，循径登山，方知山之高大；生活如歌，宽容是曲，和曲而歌，方知歌之动听。 顶 0 收藏 0 【优美语句】 母爱就是一幅山水画，洗去铅华雕饰，留下清新自然；母爱就象一首深情的歌，婉转悠扬，轻吟浅唱；母爱就是一阵和煦的风，吹去朔雪纷飞，带来春光无限。 顶 0 收藏 0 【优美语句】 努力奋斗，天空依旧美丽，梦想仍然纯真，放飞自我，勇敢地飞翔于梦想的天空，相信自己一定做得更好。 顶 0 收藏 0 【优美语