簡析公路橋梁施工中體外預應力加固技術
2015-09-07
1、工程實例
某公路橋梁全長120 m，橋面寬度 8m，修建于 20世紀 80年代初，由于養(yǎng)護不當與超載使用。現階段下緣混凝土破損，部分混凝土脫落，已出現縱向主鋼筋已嚴重銹蝕。隨著交通量的增長，橋面已出現下沉，偏差原來橋而設計標高。為了保證不長期中斷交通，研究決定采用體外預應力技術加固橋梁。采用體外預應力加固技術，可以通過預應力水平鋼絲束對被補強梁施加水平預應力，改變受彎梁構件內力圖式，在支座處產生附加彎矩，抵消了部分恒載彎矩，減少梁的跨中彎矩，提高了被補強梁的正截面抗彎強度、抗裂性和剛度。預應力張拉完成后，噴射混凝土增加梁截面厚度來提高梁支座附近斜截面的抗剪強度，并可包裹預應力鋼絲束，防止鋼絲束銹蝕。
預應力材料: 預應力鋼絲采用高強度低松弛鋼束，由錨下墊板: 采用 3號鋼，板厚 30 mm，平面尺寸200 mm×740 mm;噴射混凝土: C30混凝土。
2、體外預應力的概念及優(yōu)點
2.1體外預應力的概念
體外預應力技術，是指將預應力筋布置在結構構件截面之外的預應力技術，是后張預應力體系的重要分支之一。采用體外預應力技術加固混凝土結構時，體外預應力束一般采用折線形按在梁的跨中部分，體外預應力束布置在腹板下緣，在離支座約 1/4L 處，束向上彎起，錨固在梁的兩端。采用體外預應力技術加固某簡支梁結構的示意圖如圖1所示。
2.2 體外預應力加固技術優(yōu)點
相對于傳統(tǒng)的體力預應力加固技術，體外預應力加固技術有如下優(yōu)點。
(1)施工快速、簡單，無需改變加固梁截面大小，不會增加結構自重;
(2)在施工過程中，無需封鎖交通，原結構仍可使用，減少交通壓力；
(3)由于預應力束基本不占用結構空間，不會因為預留孔的存在而降低結構的承載能力；
(4)由于預應力筋在混凝土截面之外，能方便檢查人員對預應力束進行維護和應力檢測；
(5)體外預應力束在工廠定制，質量有保證。
3、選用橋梁加固方法的原則
由于我國還處于發(fā)展中國家，基礎設施的建設還不完善。國家的發(fā)展還需要大量的資金。如何在有限的資金范圍內實現橋梁維修加固就有非?，F實的意義。現在對橋梁實行維修加固一般采用的原則是: 在維修加固前，先制作一份關于橋梁的劣化程度與受損情況報告，進行檢測并詳細記錄數據。依據實際報告對橋梁進行安全性能評估，確定橋梁實際的運輸能力，判斷損傷情況是否影響橋梁的承載力和耐久性。承載力指的是橋梁結構承受在設計初確定的荷載能力，耐久性指的是橋梁的結構設計壽命；在加固時考慮原材料的耗費，施工的進度，是否會影響交通運輸，能否提供橋梁的承載力和耐久性等方面；通過加大橋梁構件來提高整座橋梁承載能力，一般不改動橋梁結構的原有形式。確保橋梁加固的前提下兼顧施工的經濟性，只有在遇到極其復雜的情況下，才可考慮更改橋梁原有的結構形式。在采用科學合理加固方式，橋梁的承載力和耐久性仍不能達到改造后的要求，則需要考慮對橋梁的局部或整體進行重建；在選擇橋梁加固方式時，要結合舊橋的現狀，橋梁是否出現承載能力減弱，以及日后通過該橋的交通量，可以參考已經成功完成加固橋梁的施工方案；如果采取擴大和增加橋梁的構件斷面來進行加固，必須考慮增加部分和橋梁本身的結合效果。
4、體外預應力加固組件
從加固所用主要材料看，有高強螺紋鋼筋，預應力高強鋼絲束鋼絲繩及型鋼等，從構造形式主要有下幾個部分組成:
4.1水平筋，亦稱水平拉桿，多由高強鋼絲或鋼絲繩、螺紋粗鋼筋組成。其作用是在梁底部位施加縱向預應力，從而對梁體產生反向彎矩，以抵消部分自重及活載產生的正彎矩、提高梁的承載能力和防止梁截面底部開裂；
4.2斜筋，亦稱斜桿，由槽鋼或高強粗鋼筋做成，作用是提高梁端部的剪力，從而提高梁的承載能力；
4.3轉向塊，當斜筋和水平筋不為一根鋼筋時，需用轉向塊將其聯(lián)結為一體。轉向塊的基本作用是斜筋和水平筋之間力的傳遞、固定折點位置并使斜筋的堅向分力位于梁底，與錨固點處的堅向力一起作用，使梁端部位形成負彎矩和負剪力；
4.4錨固點，有梁端錨固、梁頂錨固和腹板錨固；
4.5 U型承托，當采用型鋼作為斜桿或以一根鋼絲繩取代斜筋和水平筋時，利用距離梁端的第一個橫隔板作為堅向支承，并兼作斜筋和水平筋的轉折點；
4.6水平筋固定支座，用以減小水平筋的自由長度，從而起到減振作用，該裝置對于跨徑較大的體外索加固技術尤為重要。
5、體外預應力加固施工常用方法
5.1橫向收緊張拉法
鋼筋混凝土或預應力混凝土梁的兩端間隙很小時，為了避免在梁的端部張拉，一般采用橫向收緊張拉法。此法是在梁的下緣對稱梁中線安裝預應力筋，在距梁端適當距離處彎起并通過支點錨于梁端的錨固鋼板上，錨固鋼板呈U形套在梁端的下翼緣上。水平段的預應力筋用撐棍分成若干段，兩端的撐棍還起到支點的作用。在每段中點用拉緊螺栓將兩對稱筋收緊，收緊的過程中拉桿即產生預應力，結果梁受到錨固鋼板傳來的預壓力和預應力筋產生的負彎矩由于體外索多為水平的直線形，在梁的兩端向上彎曲不多，因而這種加固方法只能有效的減小梁中的正彎矩，而對減小梁端的剪力幫助不大。
5.2縱向張拉法
縱向張拉法是沿預應力筋的軸線施加預應力的方法。預應力筋沿梁底布置，到梁的兩端設導向塊處彎起，錨固于梁的腹板或頂板上，再沿梁底或梁頂進行縱向張拉，以減小梁端的剪力。縱向張拉錨固構造主要有兩種，梁頂錨固和腹板錨固。體外預應力筋張拉方法與其構造形式有關，張拉位置可以在梁頂沿斜筋方向張拉，亦可在梁底沿水平方向張拉。其張拉程序與預制混凝土梁的相同。
5.3豎向頂撐張拉法
在梁端底部設置U形鋼錨固板，沿梁底設置拉桿，拉桿兩端焊在鋼錨固板上，在梁的1/4跨徑及跨中（或跨間橫隔板）位置設置張緊夾具，張緊夾具安裝在固定于梁腹或橫隔板上的承托架上給拉桿施加預應力，當拉桿達到設計應力值后，用鋼筋混凝土墊塊在拉桿與梁底面加緊，以固定拉桿位置并保持張拉力，卸除張緊夾具和承托架并做好拉桿的防銹處理。預應力鋼絲束加固法。一般沿梁肋側面按某種曲線（拋物線等）線形設置預應力鋼絲束。為保持曲線線形并固定鋼束位置，在梁底每隔一定間距（50～100cm）設置一個定位箍圈（有梁底向上兜），或者在梁肋側面埋設定位銷。鋼絲束的兩端頭則穿過梁端翼緣板上的斜孔伸至梁頂錨固。為防止鋼絲束銹蝕，預應力鋼絲束應放在保護導管內或張拉后在鋼絲束周圍用混凝土包裹。
6、施工總結
6.1 張錨體系的保護
對張錨體系的構建應該從多個方面開展工作，把無粘結鋼絞線當成體外預應力索，積極采用外裹油脂和塑料護套能對預應力索加以保護。從而增強了整體結構的使用性能，張錨體系兩端的錨具和防松套選擇玻璃絲布纏包油脂實施防范。
6.2 防松套
工程施工中采用的大部分均為單孔夾片式錨具，設計控制索力在100kN，120kN，這時小范圍的應力拉索?？紤]到橋梁正常使用中面臨的振動荷載較大，若不采取措施處理則容易導致錨具中的夾片放松，情況嚴重時造成錨具失錨。為避免這類意外的出現，此次研究使用了夾片防松裝置—防松套。并且需要將彈簧墊圈設置于防松套與錨具夾片之間，這樣才能保證整體結構的完整性。
6.3 鋼銷栓和轉向塊
此次研究的工程中，鋼銷栓和轉向塊是最為重點的結構。在施工是必須要達到相應的標準：
?。?）達到張錨體系錨固及傳力作用的需要，在傳遞預應力的控制上要達到要求。
?。?）結構混凝土受到應得的荷載作用之后，應保證銷栓對混凝土孔壁取得理想的擠壓力，保證銷栓的尺寸與實際標準相符合，這樣才能達到混凝土結構標準的要求。
（3）在索力的影響下，錨具的錨環(huán)帶來了一定的擠壓力會影響到整體結構的穩(wěn)定性，這就需要維持與體外索垂直。
（4）銷栓要保證達到抗彎、抗剪承載能力的標準要求，維持錨環(huán)安裝結束后能與預應力大小相適應。
7、結語
通過以上論述，體外預應力加固法，不僅使橋梁得到加固，還減小及卸載結構內力間的作用，因此體外預應力加固技術在公路橋梁施工中得以廣泛應用，同時它也是值得推廣的，，它所擁有的很多優(yōu)點是普通加固技術所無法相比的，體外預應力加固技術進一步完善了我國公路橋梁的施工技術。
