混凝土梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)研究
2015-05-21
公路和鐵路是國家的經(jīng)濟(jì)命脈，橋梁是其重要的組成部分?，F(xiàn)有公路橋梁大多是根據(jù)1985年頒布的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造的，其設(shè)計(jì)荷載均較低。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛增長速度加快，尤其是大型車輛、工程用重型運(yùn)輸車不斷出現(xiàn)，這些車輛的實(shí)際載荷早已超出了1985年橋規(guī)的設(shè)計(jì)荷載。因此我國現(xiàn)有的很多橋梁發(fā)生了荷載噸位不足、老化、破損、裂縫等現(xiàn)象。為確保公路交通正常運(yùn)營，必須對公路橋梁進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，近年來我國現(xiàn)有的橋梁病害已嚴(yán)重不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?，迫切需要對其進(jìn)行技術(shù)改造。若將這些有病害的橋梁拆除重建，不僅要耗費(fèi)大量資金，且建設(shè)周期較長。經(jīng)驗(yàn)表明，橋梁加固費(fèi)用一般約為新建橋梁費(fèi)用的10％ ～30％，并且工期大為縮短翻。因此，有計(jì)劃、有步驟地對現(xiàn)有橋梁進(jìn)行調(diào)查研究，分析病害原因，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，對危橋進(jìn)行加固改造，以使其滿足新時期公路交通運(yùn)輸?shù)男枰?，對我國公路建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。
1.現(xiàn)狀分析:體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是后張法無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的分支，是一種用完全位于混凝土截面以外的預(yù)應(yīng)力束來對混凝土施加預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)體系。體外預(yù)應(yīng)力體系由體外預(yù)應(yīng)力孔管、漿體、錨固體系和轉(zhuǎn)向塊等部件組成網(wǎng)。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)能大大縮短施工工期，能降低被加固構(gòu)件的應(yīng)力水平，不僅使加固效果好，而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力，但加固后對原結(jié)構(gòu)外觀有一定影響。適用于大跨度或重型結(jié)構(gòu)的加固以及處于高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)下的混凝土構(gòu)件的加固。
德國工程師Franz Dischinger，最早獲取了向結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力的專利，并在1936年設(shè)計(jì)了世界上第一座預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁Aue橋。1952年古巴建造了美洲的第一座體外預(yù)應(yīng)力橋Canas河大橋。我國自50年代以來，預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展迅速，特別是近年改革開放以后，迎來了我國橋梁建設(shè)的黃金時期。經(jīng)過橋梁建設(shè)者們幾十年的不懈努力，我國預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展業(yè)已成熟，各設(shè)計(jì)和施工單位均有了較高的技術(shù)水平和豐富的時間經(jīng)驗(yàn)。但是，在體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在世界各國廣泛運(yùn)用和不斷創(chuàng)新的今天，我國已明顯地落后。雖然我國對無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力的研究開始于7O年代，但體外預(yù)應(yīng)力在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用屈指可數(shù)。除了舊橋加固以外，國內(nèi)20世紀(jì)70年代末，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)開始用于公路橋梁的加固，收到了很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益并寫入了現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》。1995年建成的汕頭海灣大橋預(yù)應(yīng)力混凝土加勁梁中的地板預(yù)應(yīng)力束采用了無黏結(jié)體外鋼束，1990年通車的福州洪塘大橋的引橋采用了體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。
2.橋梁加固的方法分析:對于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)加固方法主要為：加大截面加固法、外包鋼加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)傳力途徑(改變受力體系)加固法、受彎構(gòu)件外部黏鋼加固法、化學(xué)植筋加固法、碳纖維布加固法等。但是各種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)在對比分析如表所示。
通過上面的分析我們可以看到，對于混凝土梁橋的上部結(jié)構(gòu)采用體外預(yù)應(yīng)力加固，在自重增加很小的情況下可大幅度改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)-的受力狀況，提高結(jié)構(gòu)剛度、抗裂性。由于自重增加小，故對墩臺及基礎(chǔ)受力狀況影響很小，可節(jié)省對墩臺及基礎(chǔ)的加固，節(jié)省加固投資。對于混凝土T梁橋用預(yù)應(yīng)力加固效果更加明顯。前些年體外預(yù)應(yīng)力加固就要采用鋼筋作為預(yù)應(yīng)力筋，但由于鋼筋的防腐和日后的養(yǎng)護(hù)檢查工作量較大，近年來，逐漸采用帶聚氯乙烯套管的預(yù)力鋼絞線或鋼絲索來加固。
3.加固橋梁力學(xué)性能分析:體外預(yù)應(yīng)力加固法主要用于梁式橋(包括簡支梁、懸臂梁、連續(xù)體系梁橋等)正常使用極限狀態(tài)超限的結(jié)構(gòu)，通過對舊橋施加體外預(yù)應(yīng)力，能夠達(dá)到減少或消除裂縫，減小梁體下?lián)?，改善結(jié)構(gòu)各截面應(yīng)力狀態(tài)的目的。
4.結(jié)論:通過對目前混凝土橋梁病害的分析，結(jié)合當(dāng)前的科技水平，在分析橋梁加固研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對目前橋梁的不同類型分析出混凝土梁橋(特別是T型梁橋)適合的加固方法―鋼絞線預(yù)應(yīng)力法，該方法減少了由于管道摩擦造成的預(yù)應(yīng)力損失，而且高性能鋼束的發(fā)展應(yīng)用導(dǎo)致了體外束數(shù)量的減少，使體外束橋梁的設(shè)計(jì)、施工更為簡易。在此基礎(chǔ)上對混凝土梁橋進(jìn)行了力學(xué)計(jì)算分析，同時用等效矩形應(yīng)力圖形代替曲線應(yīng)力圖形使計(jì)算簡化，為中小型混凝土橋梁的加固提出了 種簡便的方法。
