探討公路梁橋體外預應力加固設(shè)計與施工技術(shù)
2016-02-29
一、 體外預應力加固技術(shù)概述
體外預應力加固法能較大幅度地提高構(gòu)件的承載力，且它具有施工簡單、合理、方便等優(yōu)點，己成為橋梁界的新熱點，現(xiàn)而今，預應力加固主要用于舊橋的加固，收到很好的經(jīng)濟和社會效益，是一種有效的主動加固法。體外預應力加固技術(shù)有如下幾大的特點：
1加固效果顯著。一方面，體外預應力加固技術(shù)的施工所需設(shè)備和人員較少，不僅簡單易操作，施工布置還可以靈活調(diào)整，施工周期較短且經(jīng)濟效益好。另一方面，體外預應力加固技術(shù)增加的重量不大，可以靈活調(diào)整達到原結(jié)構(gòu)的應力狀態(tài)，達到加固的最佳效果。而且還能夠較大幅度地提升舊橋梁的承載能力和結(jié)構(gòu)剛度，有效防止橋梁的裂痕，是橋梁的饒度大幅度減低。同時，體外預應力加固技術(shù)不但可以用于中小型橋梁的加固，還可以應用于大中跨度的連續(xù)體橋梁的加固。
2施工對交通影響小。體外預應力加固技術(shù)在施工中不需要中斷交通，只需要短時間的限制交通就可以進行施工。因此，在施工中對橋上交通的影響很小。另外，體外預應力加固法技術(shù)的應用可做到不影響橋下的凈室，不抬高路面的標高，對橋梁本身的損傷較小。
3后期維護簡單。體外預應力加固技術(shù)的另一大優(yōu)點就是加固之后便于橋梁和體外預應力設(shè)備的維護與維修，能夠隨時更換預應力的應力筋。同時，可以隨時對體外預應力加固技術(shù)的應力筋實施實時監(jiān)控，對出現(xiàn)裂紋或者腐蝕情況的應力筋進行及時的修復和更換。這既能夠保證工程施工的安全性又能夠節(jié)約成本。
4在路橋工程施工過程中，預應力加固法主要應用于懸臂梁、連續(xù)體系梁與簡支梁橋的結(jié)構(gòu)加固，促進其在使用中更加穩(wěn)定、安全、牢固。在路橋施工中應用預應力加固法，不但可以有效降低或消除局部裂縫現(xiàn)象，而且有利于減小梁體撓度，使得路橋結(jié)構(gòu)中不同界面都達到最為理想的應力狀態(tài)。
二、計算模型分析
在體外預應力結(jié)構(gòu)中, 體外預應力索與混凝土結(jié)構(gòu)為點接觸連接,組成了一個內(nèi)部超靜定結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)分析采用橋梁博士軟件進行分析計算。采用有限元程序分析建模時,除和體內(nèi)預應力結(jié)構(gòu)一樣考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工工況等特點外,還應重點反映體外預應力索的特點。體外預應力索單元在轉(zhuǎn)向構(gòu)造先采用固結(jié)的方式分析(轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)用剛臂模擬),對于體外預應力索單元在轉(zhuǎn)向器之間可能產(chǎn)生的滑移,根據(jù)各工況進行判斷。當發(fā)現(xiàn)預應力筋達到滑移條件, 則釋放預應力筋與轉(zhuǎn)向器的粘接點兩側(cè)預應力筋部分拉力差, 達到滿足預應力筋與轉(zhuǎn)向器摩阻條件的平衡狀態(tài)。
在預加應力過程中,體外預應力對結(jié)構(gòu)施加了力的作用。本設(shè)計為模擬這種作用,采用等效荷載法,將索對接觸點的作用力以等效集中荷載替代。當預應力索與結(jié)構(gòu)接觸點之間的約束確定時,接觸點之間各段索的拉力是靜定的。在體外預應力索施力作用形成時,之前的由摩阻、錨具等引起的預應力損失已扣除。待等效荷載施加后,將預應力索單元連接到相應的節(jié)點,以模擬混凝土結(jié)構(gòu)與體外預應力索單元之間的相互作用。
三、路橋施工中應用預應力加固法的優(yōu)勢
在路橋工程施工過程中，預應力加固法主要應用于懸臂梁、連續(xù)體系梁與簡支梁橋的結(jié)構(gòu)加固，促進其在使用中更加穩(wěn)定、安全、牢固。在路橋施工中應用預應力加固法，不但可以有效降低或消除局部裂縫現(xiàn)象，而且有利于減小梁體撓度，使得路橋結(jié)構(gòu)中不同界面都達到最為理想的應力狀態(tài)。從現(xiàn)代路橋工程專業(yè)技術(shù)的角度進行分析，應用預應力加固法的優(yōu)點主要表現(xiàn)為：
1 在路橋施工過程中，可以有效減少對于正常交通運輸?shù)挠绊懀?br />
2 預應力加固法應用所需要的人員與機械設(shè)備相對較少，布置較為簡單，且隨時可以進行調(diào)整，施工作業(yè)的經(jīng)濟效益較為理想；
3施工過程中增加的恒荷載相對較少，對于原路橋結(jié)構(gòu)的應力情況可以進行調(diào)整，以達到路橋結(jié)構(gòu)整體加固的目的；
4 應用預應力加固法有利于路橋使用階段的維護與修補，而且可以根據(jù)實際情況進行預應力筋的更換；
5 路橋施工中應用預應力加固法對于橋下凈室的影響較小，現(xiàn)場施工作業(yè)中無需體征路橋表面標高，對于路橋整體結(jié)構(gòu)的損傷較小；
6 預應力加固法的應用范圍較廣，不但適用于中小跨度、簡支結(jié)構(gòu)體系路橋結(jié)構(gòu)的加固，在大中跨度、連續(xù)體系路橋結(jié)構(gòu)的加固中也具有理想的效果。
四、預應力加固法在路橋施工中的應用
目前，我國體外預應力加固技術(shù)的主要特點是體外預應力加固法，主要用于包括簡支梁、連續(xù)體梁、懸臂梁在內(nèi)的梁式橋的正常使用范圍內(nèi)的加固。主要的施工方法是通過對舊橋梁施加體外的預應力，以減少或者消除舊橋梁裂縫以及各橋面應力不均衡所帶來的不利影響。
1體外預應力加固法
體外預應力加固法是指將具有防腐保護功能的預應力筋合理布置于路橋梁體外部或者箱內(nèi)，對于梁體施加一定的預應力，利用預加力產(chǎn)生的反彎矩使得路橋結(jié)構(gòu)中因部分外荷而產(chǎn)生的內(nèi)力抵消，以達到改善梁體使用功能的目的，并且有效提高梁體的整體承載能力。目前，在國內(nèi)的路橋施工中，體外預應力加固法是一種較為常見的加固技術(shù)措施，尤其適用于大跨徑預應力混凝土連續(xù)T構(gòu)箱梁橋、連續(xù)箱梁的加固處理。體外預應力筋錨固一般在梁端或者中間部位的橫隔梁上，跨間使用轉(zhuǎn)向塊進行預應力筋角度的調(diào)整，以適應梁體的整體受力要求。
與傳統(tǒng)的預應力混凝土結(jié)構(gòu)路橋相比，應用體外預應力加固法的技術(shù)特點主要表現(xiàn)為：1）體外預應力鋼筋的應用形式較為靈活，可以根據(jù)實際需求將其設(shè)計為可更換、可補位或不可更換等形式，以利于路橋結(jié)構(gòu)今后的維修、養(yǎng)護與加固；2）在舊路橋工程的結(jié)構(gòu)加固中，應用體外預應力加固法的施工流程較為簡單，由于梁肋中無需設(shè)置管道，有效避免了截面削弱的現(xiàn)象。
2有粘結(jié)預應力加固法
有粘結(jié)預應力加固法主要是利用錨固于需要加固的路橋梁體上，一般是選取小直徑的預應力筋，對于梁體施加一定的預應力，適量噴注抗拉強度相對較高的復合砂漿，使得預應力筋與梁體牢固粘結(jié)，從而構(gòu)成一個具有粘結(jié)預應力特征的路橋梁體加固體系。有粘結(jié)預應力加固法在路橋工程中的應用，具有預應力筋錨固簡單、結(jié)構(gòu)耐久性良好、張拉施工操作簡單及材料利用效率較高等技術(shù)特點，而在國內(nèi)路橋工程加固施工中得到了廣泛的應用。有粘結(jié)預應力加固法適用于中、小跨徑的鋼筋混凝土空心板梁、T梁與箱梁橋的加固處理，尤其是在城市高速公路與立交工程中的應用，有效提高加固處理的效率與質(zhì)量。
3高強復合纖維預應力加固法
在國內(nèi)現(xiàn)階段的路橋施工中，高強復合纖維預應力加固法應用的材料以芳倫纖維、碳纖維等為主，其中碳纖維材料的應用范圍最廣，而且具有施工技術(shù)經(jīng)驗成熟的優(yōu)勢。高強復合纖維預應力加固法的基本作用原理為，將錨固粘貼于需要加固的路橋梁體上的碳纖維布條或者板條，對于路橋梁體施加一定的預應力，以改善梁體的實際受力狀態(tài)。高強復合纖維預應力加固法應用的關(guān)鍵技術(shù)是能否科學解決預應力纖維布或者板條的張拉、錨固等問題。
五 結(jié)語
體外預應力混凝土結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點: 簡化預應力筋曲線,減小摩阻損失;減小混凝土構(gòu)件截面尺寸,減輕結(jié)構(gòu)自重;可更換預應力筋,并便于在使用期內(nèi)檢測和維護;施工工藝簡便,由于預應力筋與混凝土截面分離,提高了混凝土的質(zhì)量和耐久性。體外預應力結(jié)構(gòu)體系的適用范圍非常廣泛, 既可用于預應力混凝土橋梁、特種結(jié)構(gòu)和建筑工程結(jié)構(gòu)等新建結(jié)構(gòu),也可用于舊有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預應力混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固和維修,同時體外預應力技術(shù)還可用于臨時性預應力混凝土結(jié)構(gòu)或施工臨時性鋼索。
