預應力技術從工程實際應用到現(xiàn)在才半個世紀多，但是由于預應力混凝土具有結構安全可靠、節(jié)約材料、自重較小、構件的抗裂性好、剛度大等優(yōu)點，得以迅速發(fā)展，應用范圍越來越廣泛，應用數(shù)量日益增多。預應力技術應用于公路橋梁是在20世紀50年代中期，迄今已有40 多年了。雖然起步較晚，但發(fā)展卻異常迅速，從理論計算、施工工藝和技術、材料和設備、試驗檢測、設計和施工隊伍等已形成一套較完整的體系。預應力技術不僅用于公路橋梁結構，而且也運用到橋梁的維修和加固、大件提升、頂推施工、邊坡或山體錨固等方面，其應用范圍還在不斷擴大應用前景會與日俱增。隨著國民經(jīng)濟和交通建設的蓬勃發(fā)展,公路運輸量大幅度提高,行車密度及車輛載重不斷增加,而橋梁作為公路的咽喉,其使用功能的好壞直接影響整條線路的暢通,其正常營運是確保交通安全的關鍵。然而橋梁結構由于自身存在使用周期內(nèi)的自然老化、各種意想不到的自然災害,設計過程中的歷史局限或是施工過程中的初始缺陷,造成現(xiàn)有橋梁中的相當一部分滿足不了使用上的要求。實踐經(jīng)驗證明,只要采用合理可靠的橋梁加固措施,對恢復和提高橋梁的承載能力及通行能力,延長其使用壽命,是非常合理和可行的。一般情況下,橋梁的加固費用僅為新建橋梁費用的10%～20%,因此,如何充分利用現(xiàn)有橋梁,對其進行有效的技術改造, 具有重大的經(jīng)濟價值和社會意義。
1工程背景
某立交匝道全長98m,橋面寬度8m。全橋位于平曲線上,最小半徑為55m,墩、臺布置均與道路中心線正交。豎向位于半徑為10511526 m的豎曲線上,且沿樁號方向上設置316%和-414%的縱坡。匝道橋上部結構采用(30+38+30)m三跨變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁橋, PF1橋墩墩頂與主梁固結, PF2橋墩墩頂設支座。如圖1、圖2所示。該立交匝道工程在上部結構混凝土澆筑完成拆模后,即發(fā)現(xiàn)如下主要病害:
(1) 橋梁頂板、腹板多處出現(xiàn)嚴重的蜂窩孔洞,鋼筋外露現(xiàn)象嚴重;
圖1 匝道立面圖（單位：cm）
圖2 匝道平面圖（單位：cm）
(2) 預應力管道定位與設計不符,波紋管破損嚴重,箱梁內(nèi)側的波紋管已經(jīng)完全損壞,不能穿預應力鋼束,預應力管道線形與原設計偏差較大,造成部分預應力筋失效。
2加固方案設計
2.1加固方法的確定
加固方法從原理上可分為被動加固和主動加固兩類。被動加固的后加補強材料只承擔活載和后增加恒載引起的內(nèi)力,與原梁的鋼筋相比,其應變(應力)相對滯后,一般情況下,在極限狀態(tài)下其應力達不到抗拉強度設計值,材料無法充分發(fā)揮高抗拉性能。解決后加補強材料應變(應力)滯后,提高后補強材料利用效率的根本途徑就是變被動加固為主動加固。
主動加固設計思想的核心就是提高后補強材料的利用效率,以最少的成本,創(chuàng)造最佳的加固效果[ 2 ] 。而體外預應力加固則屬于主動加固范疇。體外預應力加固通常采用粗鋼筋、鋼絞線、高強鋼絲等材料作為施力工具,在體外對橋梁上部結構施加預應力,以預應力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,改變結構內(nèi)力分布,提高結構的剛度及抗裂性能。體外預應力技術在實際工程中已有廣泛應用,如上饒靈溪大橋加固設計、三門峽黃河大橋加固設計、蕪湖市中江橋等。體外預應力加固技術的主要優(yōu)點:
(1)能充分發(fā)揮體外預應力鋼筋的的性能,較大幅度提高橋梁的承載能力;
(2)在體外預加力作用下,原梁的裂縫將全部或部分閉合,明顯改善原梁的抗裂性能,提高結構的耐久性;
(3)體外預應力加固可在不中斷交通的條件下進行,對橋梁的運營影響不大;
(4)體外預應力加固所需設備簡單、施工工期短、經(jīng)濟效益顯著。
根據(jù)本橋的具體病害情況,考慮體外預應力加固法的適用范圍及優(yōu)勢,決定拆除內(nèi)側波紋管并對結構缺陷進行修補,除對薄弱構件進行補強外,對箱梁主體主要采用體外預應力技術進行加固。
2.2具體加固方案的設計
2.2.1體外預應力筋的布置
根據(jù)A類構件正常使用極限狀態(tài)抗裂要求,經(jīng)計算本加固結構采用6束21φ515.24mm預應力鋼絞線。體外預應力筋布置如圖3～圖5所示,沿梁全長偏心距保持不變。端橫梁處設錨固塊,兩端張拉。針對曲線梁的特點,利用原有橫隔梁和橫隔板作為體外預應力筋彎曲平面內(nèi)的轉向裝置。由于增加的體外預應力筋預應力徑向力合力作用點位于截面剪切中心附近,所以其徑向力合力對結構幾乎不產(chǎn)生扭矩,體外預應力筋的作用只是增加了原結構的壓應力儲備。這樣,間接減小了原設計預應力徑向力合力產(chǎn)生的使箱梁結構向外側偏轉的扭矩,避免預加力徑向力造成的扭矩不平衡引起的曲線梁橋出現(xiàn)支座脫空、橫向失穩(wěn)、墩梁固接位置開裂、腹板開裂等病害產(chǎn)生。
