關(guān)于公路橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)探討
2015-09-22
為了促進經(jīng)濟建設(shè)的不斷深入，國家在交通設(shè)施建設(shè)方面的投入也在逐年加大。從具體的使用角度觀察，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一部分橋梁工程存在不同程度的質(zhì)量問題，如橋梁抗震性能不佳、承載力不足、使用年限不達原先設(shè)計等。這些質(zhì)量問題給橋梁工程的安全性埋下了極大的隱患。為了消除這些隱患，使用加固技術(shù)對舊橋進行維護便顯得尤為重要。體外預(yù)應(yīng)力是一種較為有效的方法，能提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，對橋梁起到良好的加固作用。
體外索加固橋梁的設(shè)計方法
體外索的材料通常由無粘結(jié)鋼絞線、粗鋼筋、槽鋼組合而成。體外索對橋梁受彎構(gòu)件進行加固時，一般按偏心構(gòu)件計算梁承載力的大?。话礋o粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)截面受彎受損時，梁內(nèi)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋將達到屈服，但預(yù)應(yīng)力鋼筋沒達到強度極限，對使用階段的應(yīng)力及結(jié)構(gòu)的變形進行驗算；按加筋梁組合結(jié)構(gòu)分別對其受力和使用性能進行分析。對正使用極限狀態(tài)的各項指標計算時，按整體變形協(xié)調(diào)條件計算在外載作用下預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量。
2.橋梁加固實例分析
某大橋為鋼筋混凝土T型梁橋，平均跨度為13m，建造時設(shè)計載荷為拖-60級、汽-10級。該橋在服役期間，受到船只多次不同程度地撞擊，造成部分混凝土脫落、裂縫、鋼筋受損等多種形式的質(zhì)量問題。解決這些問題，首要要將松散的混凝土鑿除，使用鋼絲刷進行除銹操作，然后選用C40混凝土通過掛模澆筑的方式完成修補，最后利用體外預(yù)應(yīng)力完成加固，且保證加固后橋梁的承載力達到汽-15級。T型主梁翼寬度為178cm，翼緣厚度為12cm，梁肋寬度為18cm，受拉為二級，鋼筋的總面積為44.272cm2，混凝土為C25。體外索布置情況如圖1所示，支點和轉(zhuǎn)向塊之間的距離L3為180cm，轉(zhuǎn)向塊彼此距離L2為840cm，端錨固點和轉(zhuǎn)向塊之間的距離L1為150cm，中心軸和梁上邊緣之間的距離y0u為19.14cm，中心軸和梁下邊緣y0d之間的距離為60.86cm，端錨固點和中心軸之間的距離記為h1，轉(zhuǎn)向塊和中心軸之間的距離記為h2。每1片T型梁需要有4條無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線與之配套，所以共計16條。固定端和張拉端應(yīng)該交叉布置，且對兩端使用分2次張拉的方式，以收獲每片T型梁受力均勻的目的。預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉應(yīng)力一般控制在855Mpa左右，有效預(yù)應(yīng)力控制在62215Mpa。[2]
橋梁加固施工完成之后，需要進行現(xiàn)場載荷試驗，試驗工具為兩輛載重汽車，汽車的相關(guān)參數(shù)為前軸55kN、后軸155kN。圖1和圖2為現(xiàn)場測試布置圖。數(shù)據(jù)是通過對主梁跨中撓度、鋼筋、混凝土應(yīng)力實際測量所得到的結(jié)果。
從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，主梁跨中撓度是5.43mm，滿足以下兩個要求：一、靜活載撓度小于等于（1 ／600）L；二、舊橋鑒定校驗系數(shù)在0.6到0.9之間。結(jié)構(gòu)在抗彎剛度方面符合實際需要，載荷標準為汽-15級。
從表2中的數(shù)據(jù)可以看出：通過施加預(yù)應(yīng)力，可以使主梁上邊緣混凝土受到拉應(yīng)力，而下邊緣混凝土則會受到壓應(yīng)力，且上邊緣混凝土總壓應(yīng)力值、下邊緣混凝土總拉應(yīng)力值都會變小。鋼筋的校驗系數(shù)符合舊橋鑒定0.4-0.8的標準。對橋梁實行體外預(yù)應(yīng)力加固處理后，橋梁的載荷能力由汽-10級提升到汽-15級，效果十分突出。通過載荷試驗得出如下結(jié)論：在汽-15級載荷作用下，經(jīng)過加固處理橋梁的抗彎承載系數(shù)為1.51，滿足加固的預(yù)定目標，該方法是可行的。
3.施工過程的一些探討
3.1鉆孔操作和碳纖維粘貼
對T型梁的腹板處進行鉆孔操作時，需要避開梁體內(nèi)的受力鋼筋。碳纖維的尺寸應(yīng)為30ｘ30（cm），且粘貼在洞口四周，進一步強化混凝土的局部抗壓能力。
3.2穿索和預(yù)應(yīng)力張拉
將寫有編號的標簽貼在每一條無粘結(jié)鋼絞線上，按次序?qū)摻g線一根根穿到鋼栓孔中，并調(diào)整位置直到最佳狀態(tài)，接著完成錨杯、夾片外螺母、千斤頂和張拉配件的安裝，最后的步驟為預(yù)應(yīng)力張拉。
張拉程序如下：0→10%σcon(讀取并記錄初始伸長值，然后開始張拉)0→10%σcon（測量并記錄伸長值l3）→σcon（測量并記錄伸長值）→逐步卸除載直至歸零，使用一端張拉法完成鋼絞線在梁兩側(cè)各一根的對稱張拉操作。張拉過程中，不僅要控制好張拉力的筋伸長量也要控制好預(yù)應(yīng)力的筋伸長量，另外還需要對每一片主梁的跨中撓度以及裂縫閉合情況進行持續(xù)的觀察、測量。
控制張拉力，校驗伸長值是張拉過程中用到的主要方法。初應(yīng)力時，將千斤頂活塞的伸長量記為l1，張拉滿足20%σcon時，將千斤頂活塞的伸長量記為l2，由此可以得出鋼索的實際伸長量，即l2-l1。當(dāng)張拉應(yīng)力滿足100%σcon時，將千斤頂活塞的伸長量記為l3，此時鋼索的實際伸長量為l3--l1。理論伸長量與實際伸長量之間的差值，因該控制在-5%—— +10%之間。預(yù)應(yīng)力張拉的理論伸長量，可以下面公式進行計算：
l=FpLp/ApEp
公式中，F(xiàn)p指的是平均張拉力，Lp、Ap、Ep分別代表鋼絞線計算長度、面積以及彈性模量。
2片中梁處單根鋼絞線張拉力為120kN，2片邊梁處則為100kN；對應(yīng)的初應(yīng)力一般取12kN、10kN，大小為張拉力的10%。從數(shù)據(jù)分析，張拉操作時，跨中向上撓度的實測值、理論值較為一致，這意味著理論計算時沒有錯誤，且施工質(zhì)量較為可靠。[3]
4.施工總結(jié)
4.1防松套
單孔夾片式錨具是此加固工程體外預(yù)應(yīng)力索錨固體系所采用的錨具?？刂屏Φ睦碚撝禐?00kN、120kN，張拉噸位相較而言屬于較小級別。橋梁的實際用途決定了其必然會受到較大的、長期的振動載荷作用，造成錨具中的夾片放松，嚴重情形下還會發(fā)生失錨的問題。為了避免此類問題，本工程采用防松套作為夾片防松裝置，且將彈簧墊片置于兩者之間，一方面促使防松套能夠?qū)θ龏A片施力均勻，另一方面發(fā)揮減振的作用。[4]
4.2鋼銷栓和轉(zhuǎn)向塊
本加固工程中，鋼銷栓、轉(zhuǎn)向塊是兩種最為重要的構(gòu)件。轉(zhuǎn)向塊的設(shè)計、施工應(yīng)該注意以下幾點：一、轉(zhuǎn)向塊應(yīng)該由鋼板焊接制作而成，能夠高效傳遞預(yù)應(yīng)力，即滿足張錨體系錨固和傳力方面的要求。二、對體外索進行預(yù)應(yīng)力張拉操作后，受到索力作用，銷栓會沿拉索方向給混凝土孔壁一個擠壓力，所以應(yīng)保證銷栓尺寸能夠與混凝土洞口尺寸相配套，滿足混凝土在局部承壓方面的要求。三、在索力的影響作用下，錨具不可避免地會對鋼栓施加一個擠壓力，所以應(yīng)該對錨下栓體表面進行一定標準的平面加工，通過平面加工，為錨具提供穩(wěn)定受力的環(huán)境，并實現(xiàn)其與體外索垂直。四、銷栓在抗彎、抗剪、抗變形等方面要符合設(shè)計與實用標準?？刂茝澢冃巍⒓羟凶冃卧谝粋€較小的合理范圍之內(nèi)，以保證安裝完成后的錨環(huán)能夠較好地配合預(yù)應(yīng)力索的索力方向。
4.3張錨體系的保護措施
體外預(yù)應(yīng)力索使用無粘結(jié)鋼絞線，且對鋼絞線外裹塑料保護套、油脂，以發(fā)揮保護的目的，延長絞線的使用壽命。使用玻璃絲布匹纏包油脂的方法對張錨體系兩端的錨具和防松套進行保護。[5]
5.結(jié)語
體外索加固法在加固、卸載和減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力方面效果明顯。使用體外預(yù)應(yīng)力加固法加固的橋梁在載荷方面提升顯著，值得推廣。
