一、體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土箱梁的分析準(zhǔn)備
與傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相比較，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有管理維護(hù)方便，施工期較短，預(yù)應(yīng)力損失小等優(yōu)點(diǎn)，能提高舊橋的承載能力，是加固加固既有混凝土結(jié)構(gòu)最有效的方法之一，被廣泛應(yīng)用于國外的橋梁界。但目前對于體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用研究大都是針對矩形或T形截面梁進(jìn)行，而對體外預(yù)應(yīng)力加固箱梁的研究較少，且基本均未考慮加固前原有結(jié)構(gòu)的初始受力狀態(tài)，而把原有構(gòu)件看作完整梁進(jìn)行分析，這與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)不符。因此，本文分析了不同初始受力狀態(tài)結(jié)構(gòu)加固前后裂縫和跨中撓度在各級荷載下的發(fā)展規(guī)律，為進(jìn)一步完善體外預(yù)應(yīng)力加固工程設(shè)計(jì)理論提供指導(dǎo)。
針對被加固鋼筋混凝土箱梁不同的初始受力狀態(tài)，包括開裂狀態(tài)、不同配筋率、不同張拉控制應(yīng)力、體外預(yù)應(yīng)力筋的不同橫向位置等因素，分析各級荷載下梁的撓度、裂縫分布、體外預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力增量、承載能力等力學(xué)特性的變化特征，探討體外預(yù)應(yīng)力加固提高承載能力的各種影響因素。以下表中的基本情況為例。
二、體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土箱梁前后分析
體外預(yù)應(yīng)力屬于后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系的一種,是將預(yù)應(yīng)力鋼筋布置于梁體之外的一種結(jié)構(gòu)形式。就以上圖表的基本情況為例，A01梁在加固之前先進(jìn)行預(yù)裂，予裂荷載按1.0倍計(jì)算跨中極限彎矩控制。梁預(yù)裂時，在開裂荷載之前撓度變化比較均勻，達(dá)到開裂荷載之后，跨中截面抗彎剛度明顯增加。由此可知，在同等荷載下，加固后梁的撓度明顯小于未加固時梁的撓度，跨中截面抗彎剛度明顯增大。
在混凝土開裂前，在構(gòu)件變形增大時，體外預(yù)應(yīng)力鋼筋發(fā)揮了作用，從而減緩了構(gòu)件的變形趨勢。由于體外預(yù)應(yīng)力鋼筋隨著構(gòu)件的變形增大，相應(yīng)被動增加了應(yīng)力，抑止了非預(yù)應(yīng)力鋼筋屈服后構(gòu)件變形的發(fā)展速度，減少了構(gòu)件的撓度和最大裂縫寬度。但是在開裂后，由于箱梁的截面抗彎剛度不同，張拉控制應(yīng)力越大，其跨中截面抗彎剛度的提高程度也越大。在構(gòu)件變形增大時，體外預(yù)應(yīng)力鋼筋發(fā)揮了作用，從而減緩了構(gòu)件的變形趨勢。由于體外預(yù)應(yīng)力鋼筋隨著構(gòu)件的變形增大，相應(yīng)被動增加了應(yīng)力，抑止了非預(yù)應(yīng)力鋼筋屈服后構(gòu)件變形的發(fā)展速度，減少了構(gòu)件的撓度和最大裂縫寬度。但是在開裂后，A02和A03梁的截面抗彎剛度有很大不同，張拉控制應(yīng)力越大，其跨中截面抗彎剛度的提高程度也越大。
箱梁在開裂荷載之前配筋率大較配筋率小的變化稍微緩和一些，但是在開裂以后，配筋率高一些的構(gòu)件剛度也大。兩片梁的撓度差距隨荷載增大而加大。加固梁跨中撓度在開裂前基本一致，差別很小，開裂后，略略有所不同，但是總體來看，預(yù)裂梁加固和完整梁加固在抗彎剛度上沒有明顯區(qū)別。同等荷載下，和未加固的箱梁相比，加固后的箱梁跨中撓度減小，加固梁的剛度較予裂梁的剛度有顯著提高，預(yù)應(yīng)力的施加使得部分裂縫閉合，預(yù)應(yīng)力提供了很大的抗彎剛度。利用體外預(yù)應(yīng)力對既有混凝土梁進(jìn)行加固,可以從根本上提高梁的彎曲性能,加固后，箱梁通車運(yùn)營時的振幅明顯的減少，改善了箱梁的運(yùn)營環(huán)境，能較大程度地恢復(fù)梁的撓度、提高梁的抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度。
考慮到被加固構(gòu)件的初始狀態(tài)，包括開裂狀態(tài)、不同配筋率、不同張拉控制應(yīng)力、體外預(yù)應(yīng)力筋的不同橫向位置等因素，通過對不同初始受力狀態(tài)結(jié)構(gòu)加固前后裂縫和跨中撓度在各級荷載下的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行分析比對，結(jié)果表明：體外預(yù)應(yīng)力加固后梁的撓度明顯小于未加固時梁的撓度，跨中截面抗彎剛度明顯增大。按照規(guī)范公式計(jì)算其撓度值和試驗(yàn)值在開裂前基本一致，在開裂后有一定的偏差。這主要是二次效應(yīng)的影響所致。加固時體外預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力越大，其跨中截面抗彎剛度的提高程度也越大。初始構(gòu)件配筋率會影響加固后結(jié)構(gòu)的剛度，在構(gòu)件開裂前其影響并不明顯，但是開裂后配筋率低的梁的抗彎剛度明顯不如配筋率高的梁。預(yù)裂梁加固同完整梁加固相比，兩者在荷載作用下?lián)隙茸兓疽恢?。予裂梁加固后裂縫閉合，隨著荷載增加，加固箱梁開始沿原已經(jīng)閉合的底部裂縫開裂，而后裂縫向兩側(cè)發(fā)展，裂縫寬度增大，直至最后新生裂縫較多。預(yù)應(yīng)力的施加使得部分裂縫閉合，并提供了相當(dāng)部分的抗彎剛度。
三、運(yùn)用體外預(yù)應(yīng)力加固箱梁的建議
運(yùn)用體外預(yù)應(yīng)力加固箱梁，首先要探查所加固的橋梁在箱梁翼緣板、頂板、底板、腹板、齒板等部位分別產(chǎn)生哪些不同程度裂縫。然后根據(jù)橋梁裂縫的大小、性質(zhì)、位置的具體情況以及結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果，嚴(yán)格按照以下加固工藝步驟進(jìn)行操作：測定箱梁原底板鋼束位置，新增齒板的放樣，鑿除新增齒板塊范圍內(nèi)底板混凝土保護(hù)層，鉆孔、植鋼筋，澆筑齒板，穿束張拉預(yù)應(yīng)力，封錨、防護(hù)體外索。在加固中采取了箱內(nèi)底板加體外預(yù)應(yīng)力結(jié)合壓注環(huán)氧漿液粘貼鋼板條的方法進(jìn)行加固處理，要盡可能采取減小或克服摩擦的方法使引伸量達(dá)到規(guī)定的范圍內(nèi)。最終達(dá)到降低主梁支點(diǎn)附近拉應(yīng)力，限制底板裂縫的繼續(xù)開展，保證結(jié)構(gòu)的整體受力，彌補(bǔ)原橋的不足的目的。
