簡析公路橋梁施工中體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)
2015-09-07
1、工程實(shí)例
某公路橋梁全長120 m，橋面寬度 8m，修建于 20世紀(jì) 80年代初，由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)與超載使用?，F(xiàn)階段下緣混凝土破損，部分混凝土脫落，已出現(xiàn)縱向主鋼筋已嚴(yán)重銹蝕。隨著交通量的增長，橋面已出現(xiàn)下沉，偏差原來橋而設(shè)計(jì)標(biāo)高。為了保證不長期中斷交通，研究決定采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁。采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，可以通過預(yù)應(yīng)力水平鋼絲束對被補(bǔ)強(qiáng)梁施加水平預(yù)應(yīng)力，改變受彎梁構(gòu)件內(nèi)力圖式，在支座處產(chǎn)生附加彎矩，抵消了部分恒載彎矩，減少梁的跨中彎矩，提高了被補(bǔ)強(qiáng)梁的正截面抗彎強(qiáng)度、抗裂性和剛度。預(yù)應(yīng)力張拉完成后，噴射混凝土增加梁截面厚度來提高梁支座附近斜截面的抗剪強(qiáng)度，并可包裹預(yù)應(yīng)力鋼絲束，防止鋼絲束銹蝕。
預(yù)應(yīng)力材料: 預(yù)應(yīng)力鋼絲采用高強(qiáng)度低松弛鋼束，由錨下墊板: 采用 3號鋼，板厚 30 mm，平面尺寸200 mm×740 mm;噴射混凝土: C30混凝土。
2、體外預(yù)應(yīng)力的概念及優(yōu)點(diǎn)
2.1體外預(yù)應(yīng)力的概念
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)，是指將預(yù)應(yīng)力筋布置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面之外的預(yù)應(yīng)力技術(shù)，是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要分支之一。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，在離支座約 1/4L 處，束向上彎起，錨固在梁的兩端。采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固某簡支梁結(jié)構(gòu)的示意圖如圖1所示。
2.2 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
相對于傳統(tǒng)的體力預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)。
(1)施工快速、簡單，無需改變加固梁截面大小，不會增加結(jié)構(gòu)自重;
(2)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；
(3)由于預(yù)應(yīng)力束基本不占用結(jié)構(gòu)空間，不會因?yàn)轭A(yù)留孔的存在而降低結(jié)構(gòu)的承載能力；
(4)由于預(yù)應(yīng)力筋在混凝土截面之外，能方便檢查人員對預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行維護(hù)和應(yīng)力檢測；
(5)體外預(yù)應(yīng)力束在工廠定制，質(zhì)量有保證。
3、選用橋梁加固方法的原則
由于我國還處于發(fā)展中國家，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)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(shí)現(xiàn)橋梁維修加固就有非?，F(xiàn)實(shí)的意義?，F(xiàn)在對橋梁實(shí)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(jìn)行檢測并詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)。依據(jù)實(shí)際報告對橋梁進(jìn)行安全性能評估，確定橋梁實(shí)際的運(yùn)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(shè)計(jì)初確定的荷載能力，耐久性指的是橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命；在加固時考慮原材料的耗費(fèi)，施工的進(jìn)度，是否會影響交通運(yùn)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(jì)性，只有在遇到極其復(fù)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(xué)合理加固方式，橋梁的承載力和耐久性仍不能達(dá)到改造后的要求，則需要考慮對橋梁的局部或整體進(jìn)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(kuò)大和增加橋梁的構(gòu)件斷面來進(jìn)行加固，必須考慮增加部分和橋梁本身的結(jié)合效果。
4、體外預(yù)應(yīng)力加固組件
從加固所用主要材料看，有高強(qiáng)螺紋鋼筋，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲束鋼絲繩及型鋼等，從構(gòu)造形式主要有下幾個部分組成:
4.1水平筋，亦稱水平拉桿，多由高強(qiáng)鋼絲或鋼絲繩、螺紋粗鋼筋組成。其作用是在梁底部位施加縱向預(yù)應(yīng)力，從而對梁體產(chǎn)生反向彎矩，以抵消部分自重及活載產(chǎn)生的正彎矩、提高梁的承載能力和防止梁截面底部開裂；
4.2斜筋，亦稱斜桿，由槽鋼或高強(qiáng)粗鋼筋做成，作用是提高梁端部的剪力，從而提高梁的承載能力；
4.3轉(zhuǎn)向塊，當(dāng)斜筋和水平筋不為一根鋼筋時，需用轉(zhuǎn)向塊將其聯(lián)結(jié)為一體。轉(zhuǎn)向塊的基本作用是斜筋和水平筋之間力的傳遞、固定折點(diǎn)位置并使斜筋的堅(jiān)向分力位于梁底，與錨固點(diǎn)處的堅(jiān)向力一起作用，使梁端部位形成負(fù)彎矩和負(fù)剪力；
4.4錨固點(diǎn)，有梁端錨固、梁頂錨固和腹板錨固；
4.5 U型承托，當(dāng)采用型鋼作為斜桿或以一根鋼絲繩取代斜筋和水平筋時，利用距離梁端的第一個橫隔板作為堅(jiān)向支承，并兼作斜筋和水平筋的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；
4.6水平筋固定支座，用以減小水平筋的自由長度，從而起到減振作用，該裝置對于跨徑較大的體外索加固技術(shù)尤為重要。
5、體外預(yù)應(yīng)力加固施工常用方法
5.1橫向收緊張拉法
鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土梁的兩端間隙很小時，為了避免在梁的端部張拉，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，收緊的過程中拉桿即產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，結(jié)果梁受到錨固鋼板傳來的預(yù)壓力和預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的負(fù)彎矩由于體外索多為水平的直線形，在梁的兩端向上彎曲不多，因而這種加固方法只能有效的減小梁中的正彎矩，而對減小梁端的剪力幫助不大。
5.2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。縱向張拉錨固構(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。
5.3豎向頂撐張拉法
在梁端底部設(shè)置U形鋼錨固板，沿梁底設(shè)置拉桿，拉桿兩端焊在鋼錨固板上，在梁的1/4跨徑及跨中（或跨間橫隔板）位置設(shè)置張緊夾具，張緊夾具安裝在固定于梁腹或橫隔板上的承托架上給拉桿施加預(yù)應(yīng)力，當(dāng)拉桿達(dá)到設(shè)計(jì)應(yīng)力值后，用鋼筋混凝土墊塊在拉桿與梁底面加緊，以固定拉桿位置并保持張拉力，卸除張緊夾具和承托架并做好拉桿的防銹處理。預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法。一般沿梁肋側(cè)面按某種曲線（拋物線等）線形設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絲束。為保持曲線線形并固定鋼束位置，在梁底每隔一定間距（50～100cm）設(shè)置一個定位箍圈（有梁底向上兜），或者在梁肋側(cè)面埋設(shè)定位銷。鋼絲束的兩端頭則穿過梁端翼緣板上的斜孔伸至梁頂錨固。為防止鋼絲束銹蝕，預(yù)應(yīng)力鋼絲束應(yīng)放在保護(hù)導(dǎo)管內(nèi)或張拉后在鋼絲束周圍用混凝土包裹。
6、施工總結(jié)
6.1 張錨體系的保護(hù)
對張錨體系的構(gòu)建應(yīng)該從多個方面開展工作，把無粘結(jié)鋼絞線當(dāng)成體外預(yù)應(yīng)力索，積極采用外裹油脂和塑料護(hù)套能對預(yù)應(yīng)力索加以保護(hù)。從而增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)的使用性能，張錨體系兩端的錨具和防松套選擇玻璃絲布纏包油脂實(shí)施防范。
6.2 防松套
工程施工中采用的大部分均為單孔夾片式錨具，設(shè)計(jì)控制索力在100kN，120kN，這時小范圍的應(yīng)力拉索?？紤]到橋梁正常使用中面臨的振動荷載較大，若不采取措施處理則容易導(dǎo)致錨具中的夾片放松，情況嚴(yán)重時造成錨具失錨。為避免這類意外的出現(xiàn)，此次研究使用了夾片防松裝置—防松套。并且需要將彈簧墊圈設(shè)置于防松套與錨具夾片之間，這樣才能保證整體結(jié)構(gòu)的完整性。
6.3 鋼銷栓和轉(zhuǎn)向塊
此次研究的工程中，鋼銷栓和轉(zhuǎn)向塊是最為重點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。在施工是必須要達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)：
?。?）達(dá)到張錨體系錨固及傳力作用的需要，在傳遞預(yù)應(yīng)力的控制上要達(dá)到要求。
（2）結(jié)構(gòu)混凝土受到應(yīng)得的荷載作用之后，應(yīng)保證銷栓對混凝土孔壁取得理想的擠壓力，保證銷栓的尺寸與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)相符合，這樣才能達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
（3）在索力的影響下，錨具的錨環(huán)帶來了一定的擠壓力會影響到整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，這就需要維持與體外索垂直。
（4）銷栓要保證達(dá)到抗彎、抗剪承載能力的標(biāo)準(zhǔn)要求，維持錨環(huán)安裝結(jié)束后能與預(yù)應(yīng)力大小相適應(yīng)。
7、結(jié)語
通過以上論述，體外預(yù)應(yīng)力加固法，不僅使橋梁得到加固，還減小及卸載結(jié)構(gòu)內(nèi)力間的作用，因此體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在公路橋梁施工中得以廣泛應(yīng)用，同時它也是值得推廣的，，它所擁有的很多優(yōu)點(diǎn)是普通加固技術(shù)所無法相比的，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)進(jìn)一步完善了我國公路橋梁的施工技術(shù)。
