探討體外預應力加固法在路橋加固上的應用
2015-06-15
前言
隨著我國交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，公路運營因行車量大，荷載超重出現了或多或少的橋梁隱患，正在逐步成為危橋，為了保證交通暢通，運行便捷，需對這些橋梁進行加固改造。因此，對路橋結構的維修、加固和補強的研究及應用，是我們橋梁工作者面臨的最大問題。以下介紹舊危橋的加固技術。
1.體外預應力加固法的特點
體外預應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）正常使用極限狀態(tài)超限的結構，通過對舊橋施加體外預應力，能夠達到減少或消除裂縫，減小梁體下?lián)希纳平Y構各截面應力狀態(tài)的目的。采用體外預應力技術加固公路路橋結構有很多優(yōu)點：①施工時，可不中斷交通或短時間限制交通，因此對橋上交通影響小；②所需設備、人員少，布置簡單，可以調整，施工周期短，經濟效益好；③便于維護修補，可以隨時更換預應力筋；④由于增加恒重不多，可以能動地調節(jié)原結構中的應力狀態(tài)，達到有效加固的目的；⑤體外預應力加固法可做到不影響橋下凈室，不抬高路面標高，對橋梁損傷
小；⑥能夠較大幅度地提高舊橋的承載能力和結構剛度，能夠有效的控制原結構的裂縫和撓度，使裂縫部分或全部閉合，使撓度大幅度減小。⑦體外預應力技術不但可以用于中小跨度的簡支結構體系橋梁，也可以用于加固大中跨度的連續(xù)體系橋梁。
2. 體外預應力加固原理
體外預應力是后張無粘結預應力體系的分支之一 。體外預應力就是把預應力索放在梁的主體結構之外，只通過兩端能錨固以及梁中的轉向裝置與梁體相連。體外預應力結構的預應力筋布置在主體結構之外，固體外預應力索通常為由多根鋼絞線組合成的集中鋼索，故也稱為體外預應力索。體外預應力加固通常是在梁底或梁側下部增設預應力加勁鋼絲索或預應力粗鋼筋補強并分別錨固在梁的兩端，通過設置一定的聯(lián)結構件使預應力拉桿（鋼絲索或粗鋼筋）與梁體構成一個桁架體系，成一次超靜定結構。在體外對橋梁上部結構施加預應力，以預應力產生的反彎矩部分抵消外荷載產生的內力，從而達到卸載的作用，提高橋梁結構的承載能力。對于鋼筋混凝土路橋，可考慮采用體外預應力進行加固，該法具有加固、卸荷改變結構內力的三重功效。體外預應力混凝土結構的基本組成主要包括：體外預應力索、管道和灌漿材料，體外預應力索的錨固系統(tǒng)，體外預應力索的轉向裝置。
3.體外預應力加固施工要點
3.1 放樣定位
3.1.1 滑塊墊板及錨固支座位置的放樣定位
沿梁底從錨固實際中心（投影點）向跨中方向量取滑塊墊板的中心位置及跨中位置，分別標記在梁底的兩側，并將墊板的平面尺寸繪在梁底面上，標出有關螺栓的孔位，在墊板放樣
中可以不計梁的撓度影響。
3.1.2 上錨固點的放樣定位
（1）斜筋上錨固點位于梁頂或梁端面時，以單梁頂（端）面的縱軸線為基準，沿縱橋向測量錨固點距梁端的距離。
?。?）錨固點位于梁端時，應量取錨固點距梁底或梁頂面的垂直距離，再沿橫橋向對稱量取上錨固點的橫向距離，標出錨固點的理論位置。由于梁的頂板和腹板中均有鋼筋存在，特別是受力鋼筋，在進行錨固點放樣時，可將錨固點位置適當調整以避開這些鋼筋，切記不應將其切斷。
3.2 上錨固點設置
當上錨固點設在梁頂及梁端頂面時，需要按設計的斜筋穿出位置，在橋面板或梁頂面鑿穿兩個具有與斜筋角度相同的斜孔。首先把橋面鋪裝層鑿去，將梁頂面混凝土保護層鑿去，露出鋼筋，再將錨固墊板處的混凝土進行細鑿。按斜孔的設計角度做一個鑿孔架，將鑿巖機的鉆桿放入鑿孔架的槽內，使鉆頭中心對準理論錨固點，然后再進行鑿孔，以便鑿好斜孔。上錨固孔鑿完之后，將梁頂面混凝土清理干凈，除去混凝土碎渣。然后，在開鑿后的混凝土表面涂一層環(huán)氧膠液，再用環(huán)氧水泥砂漿鋪平。最后將上錨固設在梁頂時，應保證錨墊板的上表面與梁頂面平齊，或略低一點，以確保錨固點上有盡可能厚的混凝土保護層。
3.3 轉向裝置
轉向裝置是實現體外索加固的重要構件，其傳載方式和自身性能也是影響預應力施加效果的關鍵。體外預應力混凝土結構的預應力筋必須通過轉向裝置改變方向，從而形成設計的預應力筋曲線形式。在轉向裝置與預應力筋的接觸區(qū)域，由于摩擦和橫向力的擠壓作用。如果轉向裝置設計不合理或構造措施不當，預應力鋼材容易產生局部硬化和摩阻損失過大。轉向裝置的設計要求預應力筋在折角點的位置必須高度準確，避免產生附加應力，轉向裝置在結構使用期內也不應對預應力鋼材有任何損害。另外，轉向裝置的加工應在加工廠進行，嚴禁在現場加工，現場安裝中，要嚴格按圖紙進行，在運輸及焊接過程中，應采取措施防止焊接變形，穿束前應拉線確定安裝是否合適。
3.4 預應力筋的安裝和張拉
在安裝預應力筋前，首先要檢查各種錨具是否能正常工作，特別是粗鋼筋的螺桿和螺母的匹配情況，逐個試擰，均應達到每個絲頭在不加力的情況下，以手擰動就可將螺母擰至全程。
對于水平筋和斜筋分別采用兩根粗鋼筋或斜桿為型鋼的情況，首先將斜筋與水平滑塊固定在一起，并將斜筋的上錨固點固定。用臨時支架將滑塊定位在其墊板的位置上，然后再穿入水平筋。穿筋時應保證水平筋的兩端均有相等的絲頭長度，檢查滑塊位置并預留滑移量。為了防止在張拉錨固時擰緊螺母困難，上緊兩水平筋的螺母，同時應保證水平筋的中心與滑塊錨孔的對中。
而橫向收緊水平筋產生預應力的體系，則首先按斜筋的斜度要求將斜桿焊接在梁端的U 型錨固板上，采用夾桿焊將水平筋焊在斜筋上。每隔 2m～2.5m 用木塊將水平拉桿墊起，然后安裝鎖緊裝置，以減少垂度。以備張拉，先安放彎起點處的立柱，再按設計位置安裝撐棍和收緊器。
就張拉位置而言，體外預應力筋的張拉方法可分為沿斜筋方向在梁頂張拉和沿水平筋方向在梁底張拉。一般來說，由于張拉設備及操作人員的限制不可能所有的梁同時張拉，但對于同一根梁的兩側預應力筋應盡量做到同步張拉，以保證梁兩側的鋼筋具有相等或相近的預應力狀態(tài)。
3.5 壓漿
張拉完成后局部有粘結段的壓漿工作是一道很重要的工序，首先施工前要進行1∶l 的模型試驗，在保證壓漿密實飽滿的情況下，局部有黏結段的粘結力可達到設計張拉力的108 %。工程中，壓漿施工在張拉完成后24 h 內進行，以滿足錨固要求。壓漿采用手動壓漿機，保證壓漿過程的均勻穩(wěn)定和壓漿壓力的要求。另外，壓漿密實程度將直接影響粘結效果，所以在壓漿中應嚴格控制水灰比，并保持壓力均勻。
4. 結束語
盡管體外預應力加固路橋結構有其獨特的優(yōu)勢，但是仍有大量的問題，如：①體外預應力索不能參與局部裂縫的控制；②體外預應力索容易受到意外的破壞；③從力學特性上來講體外預應力索與周圍結構主體在同一截面上的變形是不協(xié)調的；④由于轉向裝置和錨固點受到約束，行車時容易引起體外索的振動，預應力索的自由長度受到限制。因此，我們需要進行大量的試驗研究和理論分析，以便找到一種可靠、實用、準確、合理的計算理論和施工工藝，為體外預應力加固技術在路橋工程加固中的推廣使用奠定基礎。
