對公路橋梁施工中預應力加固技術(shù)的探討
2015-09-22
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各類重型車輛數(shù)目爆發(fā)式的增長，加重公路橋梁的負擔。一部分舊橋在設計之初就缺少長遠的計劃，甚至部分老化、破損嚴重。對已經(jīng)不能適應現(xiàn)代交通運輸要求的舊橋，研究相關(guān)的維修與加固方法并要求進行施工，提高橋梁的承載力，確保交通安全運輸。預應力加固即在加固過程中建立永久的，與外部荷載作用相反的內(nèi)力以及內(nèi)應力，以達到消除結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的小部分的外力，改善預應力在不同條件下的變形性能，提高公路、橋梁的堅固強度，從而提高承載力，確保結(jié)構(gòu)安全地工作，達到加固的主要目的。
一、公路橋梁橋梁加固的原則
由于我國還處于發(fā)展中國家，基礎設施的建設還不完善。國家的發(fā)展還需要大量的資金。如何在有限的資金范圍內(nèi)實現(xiàn)橋梁維修加固就有非?，F(xiàn)實的意義。
現(xiàn)在對橋梁實行維修加固一般采用的原則是: 在維修加固前，先制作一份關(guān)于橋梁的劣化程度與受損情況報告，進行檢測并詳細記錄數(shù)據(jù)。依據(jù)實際報告對橋梁進行安全性能評估，確定橋梁實際的運輸能力，判斷損傷情況是否影響橋梁的承載力和耐久性。承載力指的是橋梁結(jié)構(gòu)承受在設計初確定的荷載能力，耐久性指的是橋梁的結(jié)構(gòu)設計壽命; 在加固時考慮原材料的耗費，施工的進度，是否會影響交通運輸，能否提供橋梁的承載力和耐久性等方面; 通過加大橋梁構(gòu)件來提高整座橋梁承載能力，一般不改動橋梁結(jié)構(gòu)的原有形式。確保橋梁加固的前提下兼顧施工的經(jīng)濟性，只有在遇到極其復雜的情況下，才可考慮更改橋梁原有的結(jié)構(gòu)形式。在采用科學合理加固方式，橋梁的承載力和耐久性仍不能達到改造后的要求，則需要考慮對橋梁的局部或整體進行重建; 在選擇橋梁加固方式時，要結(jié)合舊橋的現(xiàn)狀，橋梁是否出現(xiàn)承載能力減弱，以及日后通過該橋的交通量，可以參考已經(jīng)成功完成加固橋梁的施工方案; 如果采取擴大和增加橋梁的構(gòu)件斷面來進行加固，必須考慮增加部分和橋梁本身的結(jié)合效果。
二、公路橋梁施工中預應力加固技術(shù)措施
目前預應力技術(shù)正在不斷地完善發(fā)展，從設計的形式到施工的過程都形成了一種較為完善的制度體系，拓寬了整個施工的空間，形成了預應力作用下的新穎的各式各樣的結(jié)構(gòu)。目前，公路橋梁采用的預應力加固技術(shù)主要有三種：體外預應力加固體系、有粘結(jié)性預應力的加固體系、高強復合性的纖維型預應力加固體系。
1、體外形式的預應力相關(guān)加固體系
體外預應力技術(shù), 是指將預應力筋布置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面之外的預應力技術(shù), 是后張預應力體系的重要分支之一。采用體外預應力技術(shù)加固混凝土結(jié)構(gòu)時, 體外預應力束一般采用折線形按在梁的跨中部分, 體外預應力束布置在腹板下緣, 在離支座約1 /4L 處, 束向上彎起, 錨固在梁的兩端。采用體外預應力技術(shù)加固某簡支梁結(jié)構(gòu)的示意圖如圖1所示。
圖1體外預應力技術(shù)加固示意圖
體外預應力加固是將具有防腐保護的預應力筋布置在梁體的外部( 或箱內(nèi)) , 對梁體施加預應力, 以預加力產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷產(chǎn)生的內(nèi)力, 達到改善梁的使用功能和提高梁的承載能力的目的。體外預應力加固是目前采用較多的加固方法之一, 特別適用于在大跨徑預應力混凝土連續(xù)箱梁和連續(xù)T 構(gòu)箱梁橋的加固。體外預應力筋錨固在梁端( 或中間) 橫隔梁上, 跨間用轉(zhuǎn)向塊調(diào)整預應力筋的角度, 以適應梁的受力要求。
嚴格來講, 體外預應力、體內(nèi)無粘結(jié)預應力、包括斜拉橋在內(nèi), 都屬于無粘結(jié)預應力結(jié)構(gòu)。無粘結(jié)預應力結(jié)構(gòu)理論分析的核心問題是預應力鋼束在各受力階段的應力增量計算問題。與普通預應力混凝土結(jié)構(gòu)相比, 體外預應力混凝土結(jié)構(gòu)具有如下主要優(yōu)點:
（1）體外預應力鋼筋可以是不可更換的, 也可以設計成可更換、可補拉的, 可更換的體外力筋, 易于維修、養(yǎng)護、加固;
（2）體外預應力加固舊橋構(gòu)造簡單, 簡化了施工;由于梁肋中不設管道, 避免了截面削弱; 體外配筋方式取消管道灌漿工序可實現(xiàn)全年施工, 對處于寒冷地區(qū)的北方各省具有十分重要的現(xiàn)實意義;
?。?）減小了鋼筋束的摩阻損失, 預應力筋利用效率高, 力筋應力變化幅值小, 對抗疲勞有利。體外預應力加固混凝土橋梁在我國的推廣應用, 為解決工程上長期困擾的混凝土耐久性問題提供了可能, 橋梁耐久性的提高, 使用壽命的延長( 換一次索或補拉一次, 可延長使用壽命長達20 年) , 可為橋梁養(yǎng)護管理及加固補強帶來可觀的直接經(jīng)濟效益, 其間接和長期經(jīng)濟效益亦相當顯著。
2、高強復合性的纖維型預應力加固體系
為了可以更好地提高對纖維材料的利用率，并更好地增強對公路橋梁的加固性能，對纖維型的材料使用一些預應力技術(shù)成為了較有效的辦法之一。它的作用原理是利用錨固來粘貼在一些被加固物體上的碳纖維布條對構(gòu)體施加預應力技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)是解決適應于現(xiàn)場施工的預應力纖維布的張拉程度、錨固地點等一系列問題。其主要特點是：
?。?）高強高效率。在加固修補時可以充分利用高強度的優(yōu)點來增強混凝土所帶有的承載能力跟延伸性能，從而改善混凝土所能承擔的受力，用來達到加固方面的高效目的。
?。?）在保證好溫度變化的同時，F(xiàn)RP 跟混凝土也可以相互協(xié)同作業(yè)。
（3）施工較為便捷，較為快速、工作的效率也相對較高、沒有濕型的作業(yè)，也不需要一些大型施工的機械，并且施工的占地面積較少，從而提高了施工效率。
?。?）不增加部件的自身重量和自身體積。復合纖維物質(zhì)及其輕盈，經(jīng)過其加固的這些構(gòu)件，一般情況下是不會改變原來的重量跟尺寸大小，所以一般就不會減少建筑物本身可使用的一些空間大小。
?。?）具有很好的耐腐蝕和耐久使用性能。使用的材料在被加固補修之后，一般情況下不需要定期進行維護，還可以對內(nèi)部所使用的混凝土性質(zhì)的結(jié)構(gòu)起保護功能。
?。?）適用面極其廣泛。可以被廣泛地用在各種類型地土木工程上，如一些建筑物、橋梁的隧道、涵洞或者煙囪等，可以被應用在各種形狀的結(jié)構(gòu)上，如圓形的、矩形的、曲面的等，這是現(xiàn)在任何一種結(jié)構(gòu)方面的加固方法都比不上的。
3、有粘結(jié)性質(zhì)的預應力加固體系
用錨固在所加固體上的一些預應力筋，對構(gòu)體來施加部分預應力，再噴注相對較高的抗拉強度較大的砂漿，使得預應力筋跟被加固物體可以粘結(jié)為一體，構(gòu)成具有粘結(jié)性質(zhì)的預應力加固體系。與體外的預應力加固體系相比較，它的突出點有：
?。?）可以最大限度地發(fā)揮出在后加補強材料上面的功能，從而提高材料的利用效率。
?。?）高性能砂漿的保護層的功能就是保護好鋼筋，使之避免被銹蝕，從而提高使用的耐久性，延長使用壽命。
（3）在小錨具跟高性能復合形式的砂漿粘結(jié)的相互作業(yè)下錨固鋼筋，施工作業(yè)才能夠更加安全、可靠。
綜上所述，隨著科學工程技術(shù)的發(fā)展與機械的持續(xù)創(chuàng)新，預應力方面的技術(shù)也變得越加的成熟，除了對以前施工技術(shù)的改造外，還持續(xù)不斷地出現(xiàn)了一系列新穎的施工手段。施工的所需設備也變得愈加齊全愈加配套，生產(chǎn)的能力跟施工的精度變得愈加精準，施工的隊伍也將會變得更加機械化和專業(yè)化，質(zhì)量更加系統(tǒng)化。
