體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用
2015-07-06
1、引言
在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的今天，社會生產(chǎn)力快速提高，我國的橋梁工程建設(shè)發(fā)展迅速，更多的大跨度、高難度的橋梁不斷建成，然而新建的橋梁由于施工技術(shù)不當(dāng)或者材料不符合要求，新建的橋梁承載能力達(dá)不到設(shè)計要求，需要對橋梁進(jìn)行加固處理，同時，早起修建的橋梁隨著負(fù)荷的加重，再加上橋梁自身的老化，很多橋梁己不能滿足現(xiàn)代的交通運(yùn)輸要求，甚至成為危橋，大量的舊橋、危橋需要維修加固，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對橋梁加固是一種效果明顯、使用廣泛的方法。它是通過在橋梁受拉區(qū)體外施加預(yù)應(yīng)力，使得在受拉區(qū)不利彎矩的方向產(chǎn)生相反的彎矩，從而增加了橋梁的承載能力。
2、工程概況
某橋梁修建于上世紀(jì)80年代中期，是連接當(dāng)?shù)刂鞲傻拦返闹匾獦蛄海O(shè)計為104(32+40+32)m3跨鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，支點(diǎn)處梁高2.0m，跨中梁高1.1m，采用C30混凝土。由于汽車超載和養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，該橋梁部分混凝土已經(jīng)破損、脫落，橋面出現(xiàn)了縱向裂縫，主鋼筋裸露在空氣中并嚴(yán)重銹蝕。隨著時間的推移和交通量的日益增加，橋面出現(xiàn)了下沉，橋面原來的標(biāo)高設(shè)計業(yè)出現(xiàn)了偏差。為了既能對橋梁加固施工，又不影響橋梁交通的前提下，經(jīng)過研究分析，對橋梁采用體外與用力加固的方法對橋梁維修加固。通過體外預(yù)應(yīng)力擊鼓方法使得橋梁的標(biāo)高恢復(fù)，橋梁的承載力和耐久性都得到了明顯的提高。加固方案如圖1，加固體系簡圖如圖2，加固后的支座應(yīng)力與加固前應(yīng)力的比較如表1。
3、體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)和結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
3.1體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)咋橋梁加固施工中有著良好的優(yōu)越性，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)如下：①施工簡單方便，對橋梁加固施工時不需要對橋梁封鎖，在不影響交通的情況下文明施工；⑦體外預(yù)應(yīng)力施工，使得預(yù)應(yīng)力筋和混凝土截面分開，這樣可以大大的提高混凝土的使用時間，同時方便在今后的維修；③運(yùn)用體外預(yù)應(yīng)力對橋梁加固施工時，不會橋梁截面大小，對結(jié)構(gòu)本身的自重影響小，不會很大的增加橋梁自身荷載；④體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)施工過程可更換預(yù)應(yīng)力筋，方便在使用時進(jìn)行檢測和維修；⑤體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)不占用原來結(jié)構(gòu)空間，施工過程不會因打孔而減低橋梁的承載力，保證了橋梁的正常使用功能；⑥利用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)預(yù)應(yīng)力筋和混凝土之間相符沒有粘結(jié)，這樣使得由荷載產(chǎn)生的應(yīng)力變化全部分散在預(yù)應(yīng)力筋上面，而且應(yīng)力變化范圍較小，這樣有利于承受較大活荷載。
3.2體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
利用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)家督的橋梁結(jié)構(gòu)相比其他方法加固的橋梁結(jié)構(gòu)有如下幾個優(yōu)點(diǎn)：①體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)采用體外索可以簡化并加速橋梁的加固施工，節(jié)省資金投入；②利用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固的橋梁結(jié)構(gòu)可以控制體外索的應(yīng)力，這樣能夠快速的檢測到預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕情況，必要時替換鋼絞線束；③對于箱梁橋梁的加固，在箱梁壁內(nèi)不設(shè)置預(yù)應(yīng)力管道，這樣更加方便混凝土的澆筑，同時可以減小箱梁的壁厚，減輕結(jié)構(gòu)自重；④體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)簡化了曲線預(yù)應(yīng)力筋，減少了摩阻損失。
4、常用的體外預(yù)應(yīng)力加固方法
采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對梁式橋梁進(jìn)行加固，是在梁的下緣受拉區(qū)設(shè)置預(yù)應(yīng)力粗鋼筋拉桿或者預(yù)應(yīng)力鋼束，通過預(yù)應(yīng)力粗鋼筋拉桿或者預(yù)應(yīng)力鋼束張拉產(chǎn)生偏心預(yù)應(yīng)力，在偏心力作用下使得梁體上升，橋梁的撓度減小，從而大大的提高橋梁的承載力，達(dá)到加固的目的。常用的體外預(yù)應(yīng)力加固的方法有兩種：下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿(粗鋼筋)加固法和體外預(yù)應(yīng)力鋼絲柬加固法。
4.1下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿(粗鋼筋)加固法
下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿(粗鋼筋)加固方法是在橋梁下部空間足夠的情況下使用，一般是在橋梁下設(shè)置預(yù)應(yīng)力(粗鋼筋)拉桿來補(bǔ)強(qiáng)，也可以在離兩端第二個橫隔板上錨固粗鋼筋拉桿，通過改變支撐點(diǎn)的位置和調(diào)整拉桿的拉力來提高承載力。這種方法包含橫向收緊張拉法、縱向張拉法和豎向頂撐張拉法。
4.1.1橫向收緊張拉法
一般梁兩端距離很小時采用橫向收緊張拉法，橫向收緊張拉法是在梁肋底面兩側(cè)分兩層布置粗鋼筋拉桿，拉桿在靠近兩端一頭彎起，彎起的拉桿與固定在兩端的U形錨固板焊接，通過欄桿與錨固板的連接，彎起的拉桿用段鋼筋支撐，在其縱向方向上在隔有一定間距的位置上設(shè)置一道撐棍和鎖緊螺栓，這樣就可以通過收緊器把拉桿橫向收緊使得拉桿受力，這樣就可以在梁體內(nèi)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。加固方法如圖3。
4.1.2縱向張拉法
縱向張拉法是沿著預(yù)應(yīng)力筋的軸線對橋梁施加預(yù)應(yīng)力，通過在橋梁底部布置預(yù)應(yīng)力拉桿粗鋼筋，鋼筋兩端均彎起，并錨固于梁的腹板或頂板上，再沿著梁底或梁頂進(jìn)行縱向張拉，這樣就可以以減小梁兩端的剪力，從而提高了橋梁的抗剪能力。
4.1.3豎向頂撐張拉法
豎向頂撐張拉法是先在梁端底部設(shè)置U形鋼錨固板，并沿梁底部設(shè)置粗鋼筋拉桿，拉桿兩端均焊在錨固板上，在梁跨徑1／4處及跨中設(shè)置張緊夾具并安裝在梁腹或橫隔板上的承托架上來給鋼筋拉桿施加預(yù)應(yīng)力，鋼筋拉桿的預(yù)應(yīng)力只達(dá)到設(shè)計要求時，鋼筋拉桿與梁底面使用鋼筋混凝土墊塊楔緊，這樣就可以使得鋼筋拉桿固定并保持張拉力，最后將張緊夾和承托架拆除，對鋼筋拉桿進(jìn)行防銹處理。
4.2體外預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法
體外預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法一般是沿著梁肋側(cè)面按照拋物線線形來設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絲束，為了對鋼束絲固定，在梁的底部每隔一段距離設(shè)置一個定位箍圈，距離一般在50～100cm，鋼束絲的兩端需要穿過端翼緣板上的斜孔并延伸至梁頂加以錨固，通過鋼束絲來給橋梁一個預(yù)應(yīng)力，以增加其承載力。
5、體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用
5.1恢復(fù)橋面設(shè)計標(biāo)高
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)恢復(fù)橋面標(biāo)高，就是通過利用臨時的橫向鋼桁架體外預(yù)應(yīng)力索作用于橋跨跨中，給橋面一個向上的作用力，使得橋面標(biāo)高得以恢復(fù)。首先使用橫向支撐排架和體外預(yù)應(yīng)力索對橋面的標(biāo)高進(jìn)行校正，再在橋梁的體外、跨中和上側(cè)架設(shè)橫向的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向桁架，通過預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向桁架把橋面太高的力轉(zhuǎn)給橋墩，通過對預(yù)應(yīng)力的不斷調(diào)整，逐漸的把橋面抬到原始設(shè)計標(biāo)高位置。
5.2截面裂縫修補(bǔ)
由于交通量的增加、長期超負(fù)荷和偶然較強(qiáng)荷載的撞擊，橋梁的截面往往會出現(xiàn)裂縫。由于橋梁的剛度大，鋼橋跨中下的撓度大，橋面裂縫一般出現(xiàn)在墩頂范圍之內(nèi)，而橋梁跨中位置的裂縫往往會出現(xiàn)在梁的底板、翼板和腹板上。通過體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對截面裂縫修補(bǔ)，先對截面裂縫進(jìn)行檢查，使用25倍讀數(shù)顯微鏡對裂縫進(jìn)行檢查，對于大于0.3mm的截面裂縫全部使用高強(qiáng)度的粘結(jié)劑封閉，然后插入壓漿嘴將高分子材料壓入并填充裂縫，對于出現(xiàn)在橋梁1／4處的腹板斜截面裂縫，用鋼板進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加強(qiáng)。
6、結(jié)束語
我國地形復(fù)雜，橋梁眾多，很多橋梁由于年限已久，嚴(yán)重的影響了我國的交通狀況，對舊橋、危橋拆除新建需要浪費(fèi)大量的人力、物力和財力，而且還會導(dǎo)致我國公路交通暫時性的癱瘓。通過使用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)對橋梁的維修，可以大量的較少混凝土的用量，而且施工簡單快捷，能夠保證施工質(zhì)量，更重要的是采用體外預(yù)應(yīng)力施工對交通影響小，保障交通。通過對體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的不斷發(fā)展與實(shí)踐應(yīng)用，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)已經(jīng)趨于完善，相信在今后的橋梁建設(shè)與舊橋的加固工程中，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)會得到越來越廣泛的應(yīng)用，為我國橋梁工程帶來新的發(fā)展希望。
