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(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展的今天，社會(huì)生產(chǎn)力快速提高，我國(guó)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(jì)要求，需要對(duì)橋梁進(jìn)行加固處理，同時(shí)，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(duì)橋梁加固是一種效果明顯、使用廣泛的方法。它是通過(guò)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?，設(shè)計(jì)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(shí)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(lái)的標(biāo)高設(shè)計(jì)業(yè)出現(xiàn)了偏差。為了既能對(duì)橋梁加固施工，又不影響橋梁交通的前提下，經(jīng)過(guò)研究分析，對(duì)橋梁采用體外與用力加固的方法對(duì)橋梁維修加固。通過(guò)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(jiǎn)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(jiǎn)單方便，對(duì)橋梁加固施工時(shí)不需要對(duì)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(shí)間，同時(shí)方便在今后的維修；③運(yùn)用體外預(yù)應(yīng)力對(duì)橋梁加固施工時(shí)，不會(huì)橋梁截面大小，對(duì)結(jié)構(gòu)本身的自重影響小，不會(huì)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(guò)程可更換預(yù)應(yīng)力筋，方便在使用時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和維修；⑤體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)不占用原來(lái)結(jié)構(gòu)空間，施工過(guò)程不會(huì)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(gè)優(yōu)點(diǎn)：①體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)采用體外索可以簡(jiǎn)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(cè)到預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕情況，必要時(shí)替換鋼絞線束；③對(duì)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(shí)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(jiǎn)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(duì)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(guò)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(lái)補(bǔ)強(qiáng)，也可以在離兩端第二個(gè)橫隔板上錨固粗鋼筋拉桿，通過(guò)改變支撐點(diǎn)的位置和調(diào)整拉桿的拉力來(lái)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(shí)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(guò)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(guò)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(duì)橋梁施加預(yù)應(yīng)力，通過(guò)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(lái)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(jì)要求時(shí)，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(duì)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(lái)設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絲束，為了對(duì)鋼束絲固定，在梁的底部每隔一段距離設(shè)置一個(gè)定位箍圈，距離一般在50～100cm，鋼束絲的兩端需要穿過(guò)端翼緣板上的斜孔并延伸至梁頂加以錨固，通過(guò)鋼束絲來(lái)給橋梁一個(gè)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(jì)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(guò)利用臨時(shí)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(gè)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(duì)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(guò)預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向桁架把橋面太高的力轉(zhuǎn)給橋墩，通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力的不斷調(diào)整，逐漸的把橋面抬到原始設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。
5.2截面裂縫修補(bǔ)
由于交通量的增加、長(zhǎng)期超負(fù)荷和偶然較強(qiáng)荷載的撞擊，橋梁的截面往往會(huì)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(huì)出現(xiàn)在梁的底板、翼板和腹板上。通過(guò)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)截面裂縫修補(bǔ)，先對(duì)截面裂縫進(jìn)行檢查，使用25倍讀數(shù)顯微鏡對(duì)裂縫進(jìn)行檢查，對(duì)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(duì)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(yǔ)
我國(guó)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(guó)的交通狀況，對(duì)舊橋、危橋拆除新建需要浪費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，而且還會(huì)導(dǎo)致我國(guó)公路交通暫時(shí)性的癱瘓。通過(guò)使用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)對(duì)橋梁的維修，可以大量的較少混凝土的用量，而且施工簡(jiǎn)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(duì)交通影響小，保障交通。通過(guò)對(duì)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(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，為我國(guó)橋梁工程帶來(lái)新的發(fā)展希望。
