體外預應力技術在橋梁加固工程中的應用
2015-07-23
1引言
隨著改革開放以來的經(jīng)濟高速發(fā)展,社會生產(chǎn)力的快速提高,早期修建的橋梁大多已經(jīng)難以滿足現(xiàn)階段道路運輸?shù)脑鲩L需求,在大量擴建交通基礎設施的同時,對大量舊橋進行加固已是勢在必行,體外預應力技術便在這種環(huán)境中應運而生。
2體外預應力體系的布置形式、組成及施工方式
2.1根據(jù)橋梁病害可以有針對性的設置
常見的布置形式有:頂板體外索、腹板體外索、底板體外索;也可以設置通長索布置成空間曲線,通過轉向塊多點傳力,改善結構的整體應力狀況,提高梁體預應力儲備。
2.2體外預應力體系的組成
(1)體外索:最好采用高強度的環(huán)氧涂層鋼絞線,自身有一定的防腐功能。
(2)錨具和夾片:需要與體外索配套的錨具和專用夾片。
(3)錨固和轉向構件:可根據(jù)具體的工程需要設計為鋼結構和鋼筋混凝土結構,一般通過種植鋼筋、化學錨栓或結構膠和原結構連接。
(4)防振限位裝置:體外索的自由段過長會受通車影響和梁體一起振動,這種振動對索體錨固和結構受力不利,且會加快預應力筋的松弛。一般自由段長度超過12m就需要設置一道防振限位裝置。防振限位裝置多采用型鋼作為骨架錨固在相應結構處,加工比索體略大的II形鋼板盒用螺栓固定在型鋼骨架上;先用環(huán)形夾具收緊整束索體,再用橡膠包裹緊索體固定在II形鋼板盒內;收緊螺栓便可以起到防振限位的作用。
2.3施工方式
(1)體外索的傳布:可人工穿索也可利用卷揚機牽引穿布鋼絞線。
(2)體外索的張拉:設置了分絲器的體外索可以單根張拉,主要機具是穿心式單孔千斤頂和配套油泵;沒有設置分絲器的體外索最好一束整體張拉,主要機具是整體穿心式大千斤頂和配套油泵。
3體外預應力技術的特點
在眾多的橋梁加固技術中,只有體外預應力技術可以在不改變原橋梁結構形式的前提下增加橋梁的承載能力,大幅度改善結構的安全性能;相對于常規(guī)的結構補強等被動加固措施,體外預應力通過新增體外索對原結構施加新的預應力,主動改變結構的應力狀態(tài),加固效果更加顯著可靠,且可以通過監(jiān)控梁體應變等方法直觀的檢測到。
3.1體外預應力的優(yōu)點
(1)體外預應力體系布置靈活,可以根據(jù)橋梁病害進行全橋加固也可以進行局部加固。
(2)體外索僅在錨固處和轉向處與結構相連,減小摩阻損失,由荷載產(chǎn)生的應力變化分散在預應力筋全長上,應力變化值小,對結構受力有利,提高體外索的使用效率。
(3)體外預應力技術是對原結構的主動加固,體外索對原結構施加的預應力簡潔明了,可以部分恢復跨中下?lián)狭亢妥柚蛊溥M一步下?lián)?在補償原橋預應力損失的同時使結構的應力狀態(tài)明顯改善,加固效果可靠。
(4)錨固和轉向構件結構形式靈活可變,設置在梁體內部不影響橋下凈空、跨徑和橋梁外觀。
(5)體外預應力體系整體自重較小,一般不需對下部結構進行格外的加固處理。
(6)施加的預應力可以根據(jù)需要通過調整索力來增減,體外索可以整束調整或更換,使用期間的維護比較方便。
3.2體外預應力的缺點
(1)體外索暴露在結構外,需加強防腐等保護措施。
(2)錨固及轉向區(qū)域容易產(chǎn)生應力集中,局部應力較大,對錨固和轉向構件施工要求較高。
(3)體外索張拉力較小,不能充分發(fā)揮現(xiàn)有鋼絞線的高強度性能,對錨具及夾片的要求很高。
4體外預應力技術在橋梁加固工程中的應用實例
4.1廣州市某連續(xù)剛構橋加固工程
4.1.1工程概況
廣州市某高速公路(86+160+86)m預應力混凝土連續(xù)剛構橋,大橋左右線獨立設置,采用單箱單室直腹板箱型截面。
原橋箱梁采用三向預應力體系?？v向和橫向預應力束采用高強鋼絞線,豎向預應力采用精軋螺紋粗鋼筋。梁體加固前的主要病害為:(1)橋梁各跨跨中均較存在一定的下?lián)?中跨跨中最大下?lián)狭窟_27.23cm;(2)全橋多處分部結構裂縫。
4.1.2體外預應力加固措施
本橋的總體縱向加固手段為體外預應力加固法,用于提高主梁結構的預應力度,補償已損失的縱向預應力。根據(jù)設計要求,每幅橋共新增布置26束體外索,體外索分為三種類型:通長索N1(單幅4束、單根工作長度約333m)、中跨索N2(單幅6束、單根工作長度約180m)和支點短索N3(單幅每支點各8束、單根工作長度36m)。體外索相對與梁體兩側和兩端均對稱布置,施工時每次張拉對稱的一對鋼束,鋼絞線在兩端同步張拉。支點短索采用12-7 5鋼絞線,通長索和中跨索采用31-7 5鋼絞線。
體外預應力拉索采用FECS15.2SP型環(huán)氧涂層填充型鋼絞線。公稱面積140mm2,抗拉強度標準值為1860MPa,彈性模量為1.9�05MPa,錨下張拉控制應力為0.55Ryb。
體外索布置在箱內,張拉完成后成空間曲線,經(jīng)轉向器(分絲/整體)和預埋鋼管穿過轉向架,達到轉向和傳力的目的,通過錨固塊錨固。為方便與原結構的連接,所有錨固裝置和轉向裝置均采用混凝土結構。為防止橋面行車引起鋼束過大震動,沿體外索縱向每隔8m左右設置一道防振限位裝置。
體外索錨具采用FSM.TWC15-31型(帶承壓筒、防松裝置、錨板、調節(jié)螺母、密封裝置、密封筒組件)、FSM.TWB15-31型(帶保護罩組件、防松裝置、錨板、密封裝置)、FSM.TWB15-12型(帶保護罩組件、防松裝置、錨板、密封裝置)錨具,夾片為FSM-W15型。滿足分級、補張拉和放松拉力等張拉工藝要求,同時可以整束調索、換索,并且具有良好的自錨性能、松錨性能和安全的重復使用性能。
4.1.3施工工藝流程
索道清理及穿索準備→鋼絞線下料→穿布鋼絞線→安裝錨具、夾片→鋼絞線牽引(初張拉)→對稱張拉鋼絞線→多余鋼絞線切除→安裝防松壓板及索夾→錨頭灌注環(huán)氧砂漿→安裝保護罩并灌注防腐油脂→安裝防振限位裝置。
4.1.4本橋體外預應力的特點
(1)體外索為縱向頂板索,中間設有混凝土轉向塊,體外索的走向基本順著橋形,體外索為31孔鋼絞線,索力巨大,采用鋼結構錨固塊及轉向塊很難滿足錨固要求,全部采用混凝土結構,錨固塊構造相當復雜,澆筑困難。
(2)體外索長度大,最大達340m,支點之間的距離最大到60多米,鋼絞線的松弛長度較大,合理計算鋼絞線的下料長度,避免浪費。鋼絞線安裝后需用單孔千斤頂進行單根牽引,保證整體張拉前每根鋼絞線基本張緊,受力均勻、線形一致。
(3)體外索采用的是可調可換錨固體系,體外索根據(jù)需要可以進行整體調索換索,也可以進行單根調索換索,為后期的維護提供很大的便利。
(4)體外索為環(huán)氧噴涂鋼絞線,環(huán)氧涂層很厚,不能采用常規(guī)的張拉辦法。通索采用漂浮張拉體系進行張拉,在分七級張拉過程中,工作夾片始終不受力,對工作夾片起到了很好的保護作用。中跨索采用日本進口單孔千斤頂進行張拉。
4.2安徽省蕪湖市某大橋加固工程中采用的腹板體外索
4.3吉林省松原市某大橋加固工程中采用的底板體外索
5總結
體外預應力技術是一種靈活的主動加固技術,相對與其他常規(guī)的橋梁加固措施,體外預應力技術可以主動改善結構的應力狀況,大幅度改善結構的安全性能。本文結合橋梁加固工程實例詳細介紹了體外預應力體系的施工方法,總結了體外預應力技術的特點,對類似的橋梁加固工程有著一定的參考價值。
