體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固工程中的應(yīng)用
2015-07-23
1引言
隨著改革開放以來的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,社會(huì)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(yùn)輸?shù)脑鲩L需求,在大量擴(kuò)建交通基礎(chǔ)設(shè)施的同時(shí),對大量舊橋進(jìn)行加固已是勢在必行,體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)便在這種環(huán)境中應(yīng)運(yùn)而生。
2體外預(yù)應(yīng)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(shè)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(shè)置通長索布置成空間曲線,通過轉(zhuǎn)向塊多點(diǎn)傳力,改善結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)力狀況,提高梁體預(yù)應(yīng)力儲(chǔ)備。
2.2體外預(yù)應(yīng)力體系的組成
(1)體外索:最好采用高強(qiáng)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(zhuǎn)向構(gòu)件:可根據(jù)具體的工程需要設(shè)計(jì)為鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),一般通過種植鋼筋、化學(xué)錨栓或結(jié)構(gòu)膠和原結(jié)構(gòu)連接。
(4)防振限位裝置:體外索的自由段過長會(huì)受通車影響和梁體一起振動(dòng),這種振動(dòng)對索體錨固和結(jié)構(gòu)受力不利,且會(huì)加快預(yù)應(yīng)力筋的松弛。一般自由段長度超過12m就需要設(shè)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(yīng)結(jié)構(gòu)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(nèi);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(yáng)機(jī)牽引穿布鋼絞線。
(2)體外索的張拉:設(shè)置了分絲器的體外索可以單根張拉,主要機(jī)具是穿心式單孔千斤頂和配套油泵;沒有設(shè)置分絲器的體外索最好一束整體張拉,主要機(jī)具是整體穿心式大千斤頂和配套油泵。
3體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的特點(diǎn)
在眾多的橋梁加固技術(shù)中,只有體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以在不改變原橋梁結(jié)構(gòu)形式的前提下增加橋梁的承載能力,大幅度改善結(jié)構(gòu)的安全性能;相對于常規(guī)的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等被動(dòng)加固措施,體外預(yù)應(yīng)力通過新增體外索對原結(jié)構(gòu)施加新的預(yù)應(yīng)力,主動(dòng)改變結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(yīng)變等方法直觀的檢測到。
3.1體外預(yù)應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)
(1)體外預(yù)應(yīng)力體系布置靈活,可以根據(jù)橋梁病害進(jìn)行全橋加固也可以進(jìn)行局部加固。
(2)體外索僅在錨固處和轉(zhuǎn)向處與結(jié)構(gòu)相連,減小摩阻損失,由荷載產(chǎn)生的應(yīng)力變化分散在預(yù)應(yīng)力筋全長上,應(yīng)力變化值小,對結(jié)構(gòu)受力有利,提高體外索的使用效率。
(3)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是對原結(jié)構(gòu)的主動(dòng)加固,體外索對原結(jié)構(gòu)施加的預(yù)應(yīng)力簡潔明了,可以部分恢復(fù)跨中下?lián)狭亢妥柚蛊溥M(jìn)一步下?lián)?在補(bǔ)償原橋預(yù)應(yīng)力損失的同時(shí)使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)明顯改善,加固效果可靠。
(4)錨固和轉(zhuǎn)向構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式靈活可變,設(shè)置在梁體內(nèi)部不影響橋下凈空、跨徑和橋梁外觀。
(5)體外預(yù)應(yīng)力體系整體自重較小,一般不需對下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行格外的加固處理。
(6)施加的預(yù)應(yīng)力可以根據(jù)需要通過調(diào)整索力來增減,體外索可以整束調(diào)整或更換,使用期間的維護(hù)比較方便。
3.2體外預(yù)應(yīng)力的缺點(diǎn)
(1)體外索暴露在結(jié)構(gòu)外,需加強(qiáng)防腐等保護(hù)措施。
(2)錨固及轉(zhuǎn)向區(qū)域容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,局部應(yīng)力較大,對錨固和轉(zhuǎn)向構(gòu)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(qiáng)度性能,對錨具及夾片的要求很高。
4體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固工程中的應(yīng)用實(shí)例
4.1廣州市某連續(xù)剛構(gòu)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,大橋左右線獨(dú)立設(shè)置,采用單箱單室直腹板箱型截面。
原橋箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系。縱向和橫向預(yù)應(yīng)力束采用高強(qiáng)鋼絞線,豎向預(yù)應(yīng)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_(dá)27.23cm;(2)全橋多處分部結(jié)構(gòu)裂縫。
4.1.2體外預(yù)應(yīng)力加固措施
本橋的總體縱向加固手段為體外預(yù)應(yīng)力加固法,用于提高主梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力度,補(bǔ)償已損失的縱向預(yù)應(yīng)力。根據(jù)設(shè)計(jì)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(diǎn)短索N3(單幅每支點(diǎn)各8束、單根工作長度36m)。體外索相對與梁體兩側(cè)和兩端均對稱布置,施工時(shí)每次張拉對稱的一對鋼束,鋼絞線在兩端同步張拉。支點(diǎn)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(yù)應(yīng)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(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa,彈性模量為1.9�05MPa,錨下張拉控制應(yīng)力為0.55Ryb。
體外索布置在箱內(nèi),張拉完成后成空間曲線,經(jīng)轉(zhuǎn)向器(分絲/整體)和預(yù)埋鋼管穿過轉(zhuǎn)向架,達(dá)到轉(zhuǎn)向和傳力的目的,通過錨固塊錨固。為方便與原結(jié)構(gòu)的連接,所有錨固裝置和轉(zhuǎn)向裝置均采用混凝土結(jié)構(gòu)。為防止橋面行車引起鋼束過大震動(dòng),沿體外索縱向每隔8m左右設(shè)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(diào)節(jié)螺母、密封裝置、密封筒組件)、FSM.TWB15-31型(帶保護(hù)罩組件、防松裝置、錨板、密封裝置)、FSM.TWB15-12型(帶保護(hù)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(jí)、補(bǔ)張拉和放松拉力等張拉工藝要求,同時(shí)可以整束調(diào)索、換索,并且具有良好的自錨性能、松錨性能和安全的重復(fù)使用性能。
4.1.3施工工藝流程
索道清理及穿索準(zhǔn)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(hù)罩并灌注防腐油脂→安裝防振限位裝置。
4.1.4本橋體外預(yù)應(yīng)力的特點(diǎn)
(1)體外索為縱向頂板索,中間設(shè)有混凝土轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)錨固塊及轉(zhuǎn)向塊很難滿足錨固要求,全部采用混凝土結(jié)構(gòu),錨固塊構(gòu)造相當(dāng)復(fù)雜,澆筑困難。
(2)體外索長度大,最大達(dá)340m,支點(diǎn)之間的距離最大到60多米,鋼絞線的松弛長度較大,合理計(jì)算鋼絞線的下料長度,避免浪費(fèi)。鋼絞線安裝后需用單孔千斤頂進(jìn)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(diào)可換錨固體系,體外索根據(jù)需要可以進(jìn)行整體調(diào)索換索,也可以進(jìn)行單根調(diào)索換索,為后期的維護(hù)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(jìn)行張拉,在分七級(jí)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(hù)作用。中跨索采用日本進(jìn)口單孔千斤頂進(jìn)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(jié)
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是一種靈活的主動(dòng)加固技術(shù),相對與其他常規(guī)的橋梁加固措施,體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以主動(dòng)改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況,大幅度改善結(jié)構(gòu)的安全性能。本文結(jié)合橋梁加固工程實(shí)例詳細(xì)介紹了體外預(yù)應(yīng)力體系的施工方法,總結(jié)了體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的特點(diǎn),對類似的橋梁加固工程有著一定的參考價(jià)值。
