關(guān)于橋梁加固中體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)用的討論
2015-06-18
體外預(yù)應(yīng)力，就是把預(yù)應(yīng)力索放在梁的主體結(jié)構(gòu)之外，只通過兩端的錨固以及梁中的轉(zhuǎn)向裝置與梁體相連。體外預(yù)應(yīng)力尤其適用于中小跨徑的橋梁，對于大跨徑橋梁，宜配合采用其他方法綜合加固。
1 體外預(yù)應(yīng)力的概念及優(yōu)點(diǎn)
1.1 體外預(yù)應(yīng)力的概念
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要分支, 它與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力即傳統(tǒng)的布置于混凝土截面內(nèi)的有粘結(jié)或無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)相對應(yīng)。采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固混凝土結(jié)構(gòu)時體外預(yù)應(yīng)力束一般采用折線形按在梁的跨中部分 ,體外預(yù)應(yīng)力束布置在腹板下緣 ,在離支座(1/ 3～1/4) L 處 ,體外預(yù)應(yīng)力束向上彎起 ,錨固在梁的兩端。.
1.2 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
1.2.1施工簡單，快速，在施工過程中 , 無需封鎖交通，原結(jié)構(gòu)仍可使用 ,減少交通壓力。
1.2.2 運(yùn)用體外預(yù)應(yīng)力加固時，無需改變截面大小，不會增加結(jié)構(gòu)自重,使得荷載增加。
1.2.3 由于預(yù)應(yīng)力筋與混凝土截面分離, 提高了混凝土的質(zhì)量和耐久性，這樣便于對混泥土的加固和維修。
1.2.4 預(yù)應(yīng)力束基本不占用結(jié)構(gòu)空間 ,不會因為預(yù)留孔的存在而降低結(jié)構(gòu)的承載能力 ,也避免降低結(jié)構(gòu)的使用功能。
1.2.5 體外預(yù)應(yīng)力束在工廠定制，質(zhì)量有保證。體外預(yù)應(yīng)力是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要分支之一，由于無需后澆混凝土，可避免由此帶來的預(yù)應(yīng)力損失。
2 加固機(jī)理和常用方法
體外預(yù)應(yīng)力加固的施力工具通常采用粗鋼筋、鋼絞線、 高強(qiáng)鋼絲等材料 ,其機(jī)理現(xiàn)以橋梁為例來說 ,在體外對橋梁上部結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力 ,以預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力 ,從而達(dá)到改善橋梁使用性能并提高承載能力的目的。
3 體外預(yù)應(yīng)力加固常用方法
根據(jù)施加預(yù)應(yīng)力的方式不同,橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固的常用方法有：橫向收緊張拉法、縱向張拉法、豎向張拉法等。
3.1 橫向收緊張拉法
梁的兩端間隙很小時,一般采用橫向收緊張拉法。此法是在梁的下緣對稱梁中線安裝預(yù)應(yīng)力筋,在距梁端適當(dāng)距離處彎起并通過支點(diǎn)錨于梁端的錨固鋼板上,錨固鋼板呈Ｕ形套在梁端的下翼緣上。水平段的預(yù)應(yīng)力筋用撐棍分成若干段, 兩端的撐棍還起到支點(diǎn)的作用。在每段中點(diǎn)用拉緊螺栓將兩對稱筋收緊,拉桿即產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。
3.2 縱向張拉法
縱向張拉法是沿預(yù)應(yīng)力筋的軸線施加預(yù)應(yīng)力的方法。預(yù)應(yīng)力筋沿梁底布置,到梁的兩端設(shè)導(dǎo)向塊處彎起,錨固于梁的腹板或頂板上,再沿梁底或梁頂進(jìn)行縱向張拉,以減小梁端的剪力?？v向張拉錨固構(gòu)造主要有兩種,梁頂錨固和腹板錨固。體外預(yù)應(yīng)力筋張拉方法與其構(gòu)造形式有關(guān),張拉位置可以在梁頂沿斜筋方向張拉,亦可在梁底沿水平方向張拉。其張拉程序與預(yù)制混凝土梁的相同。
3.3 豎向張拉法
當(dāng)采用縱向張拉法不便施工時,可采用豎向張拉法。此法采用在梁肋兩側(cè)對稱布置預(yù)應(yīng)力筋,一般在梁端肋側(cè)錨固,在預(yù)應(yīng)力筋中部豎直向上張拉, 在梁肋底部用小橫梁固定預(yù)應(yīng)力。橫梁的作用在于固定豎向張拉產(chǎn)生的鋼筋預(yù)應(yīng)力,根據(jù)具體情況,橫梁可以設(shè)計成錨固于梁肋上不能滑動預(yù)應(yīng)力筋的固定支點(diǎn)或可以在梁底活動的活動支點(diǎn)。
4 體外預(yù)應(yīng)力加固施工工藝
在該橋加固措施中,施加體外預(yù)應(yīng)力是難點(diǎn),也是關(guān)鍵點(diǎn),且體外預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量的好壞直接影響到全橋的加固效果。體外預(yù)應(yīng)力施工工藝主要流程為:施工方案編制→施工機(jī)具準(zhǔn)備→轉(zhuǎn)向器安裝→體外索穿索→穿入限位裝置→安裝錨頭→單根張拉體外索→防松裝置及保護(hù)罩的安裝→保護(hù)罩及錨頭內(nèi)灌注防腐油脂防護(hù)。
5 工程實(shí)例
某連續(xù)剛構(gòu)橋梁建于80年代由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng),汽車超載等因素，下緣混凝土破損,部分混凝土脫落,已出現(xiàn)縱向貫通裂縫,主鋼筋已嚴(yán)重銹蝕。隨著交通量的增長，橋面已出現(xiàn)下沉，偏差原來橋面設(shè)計標(biāo)高。為了保證不長期中斷交通經(jīng)過研究分析，采用體外預(yù)應(yīng)力的方法對橋梁進(jìn)行加固。
5.1 恢復(fù)橋面設(shè)計標(biāo)高
恢復(fù)橋面高程就是通過體外預(yù)應(yīng)力作用橋跨跨中，給橋面一個向上的作用力，使得橋梁跨中應(yīng)受力反彈復(fù)位，抵消或減小橋面下沉撓度，使得橋面恢復(fù)到原來的設(shè)計標(biāo)高。通過采用臨時橫向鋼桁架體外預(yù)應(yīng)力索來恢復(fù)橋面標(biāo)高。當(dāng)首先采用橫向排架支撐、體外預(yù)應(yīng)力索對橋梁標(biāo)高臨時實(shí)施校正，即在病害橋梁體外、跨中截面的下側(cè)和支點(diǎn)截面的上側(cè)架設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向桁架，通過這個臨時措施，把需使得橋面抬高的力轉(zhuǎn)接給橋墩，方便高效，通過調(diào)整預(yù)應(yīng)力的大小，逐步把橋面抬高到原來設(shè)計標(biāo)高。
5.2 截面裂縫修補(bǔ)
由于交通量的增長和偶然荷載的撞擊，使得橋截面出現(xiàn)裂縫。由于剛橋跨中下?lián)陷^大 ,橋面裂縫出現(xiàn)在墩頂范圍內(nèi) ,而在跨中裂縫則出現(xiàn)在梁的底板、腹板及翼板上。采用高強(qiáng)度粘接劑，對裂縫實(shí)施灌漿封閉，而后再利為保證裂縫普查精確 ,使用專門的檢查儀器(25 倍讀數(shù)顯微鏡)進(jìn)行裂縫普查 ,然后封閉所有大于0. 3mm的裂縫 ,插入壓漿嘴將高分子材料壓入并填充裂縫。對于L／4處的腹板斜裂縫，還應(yīng)當(dāng)采用鋼板進(jìn)行加強(qiáng)。
5.3 轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)施工
由于在梁內(nèi)施加體外預(yù)應(yīng)力鋼索,為減少對原橋的破壞,，即根據(jù)加固設(shè)計要求確定體外預(yù)應(yīng)力索固定點(diǎn),以滿足受力要求并確保施工質(zhì)量，鋼結(jié)構(gòu)形成骨架后,將用兩鋼板將鋼制構(gòu)件之間澆筑C50 鋼纖維混凝土填實(shí)。同時遵照“墩頂靠上,轉(zhuǎn)向貼底”為原則，將轉(zhuǎn)向鋼管經(jīng)過試安定位,所有鐵件外露部分需作環(huán)氧樹脂防腐。
5.4 加固效果分析
由實(shí)踐證明，體外預(yù)應(yīng)力是一種有效的加固技術(shù),效果明顯,同時還具有良好的防腐性及抗疲勞抗裂性。體外預(yù)應(yīng)力受力圖式安全可靠,并且在后期管理中易檢查和更換,方便維修及調(diào)整索力。體外預(yù)應(yīng)力能夠較大幅度地提高舊橋承載能力,同時施工時可不中斷交通或短時間限制交通。施工時所需的人力物力少、工期短,經(jīng)濟(jì)效益明顯，不影響對結(jié)構(gòu)物損傷小,不影響凈空和標(biāo)高，是一種理想的加固方法。
6 現(xiàn)狀與前景
我國體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的研究工作和設(shè)計理論還未成熟，有關(guān)試驗研究也不多見，大量的問題需要進(jìn)行試驗研究和理論分析,以便找到一種可靠、通用、準(zhǔn)確、合理的計算理論和計算方法。因此研究體外預(yù)應(yīng)力橋梁結(jié)構(gòu)相關(guān)計算理論已成為當(dāng)務(wù)之急，同時還應(yīng)對所涉及的設(shè)計施工方面問題進(jìn)行深入探討，創(chuàng)新施工新工藝。由于體外預(yù)應(yīng)力相對于普通加固方式具有明顯的優(yōu)越性，所以體外預(yù)應(yīng)力在以后的工程中一定會得到推廣和改進(jìn)。
