探討公路梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)與施工技術(shù)
2016-02-29
一、 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)概述
體外預(yù)應(yīng)力加固法能較大幅度地提高構(gòu)件的承載力，且它具有施工簡(jiǎn)單、合理、方便等優(yōu)點(diǎn)，己成為橋梁界的新熱點(diǎn)，現(xiàn)而今，預(yù)應(yīng)力加固主要用于舊橋的加固，收到很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，是一種有效的主動(dòng)加固法。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)有如下幾大的特點(diǎn)：
1加固效果顯著。一方面，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的施工所需設(shè)備和人員較少，不僅簡(jiǎn)單易操作，施工布置還可以靈活調(diào)整，施工周期較短且經(jīng)濟(jì)效益好。另一方面，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)增加的重量不大，可以靈活調(diào)整達(dá)到原結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到加固的最佳效果。而且還能夠較大幅度地提升舊橋梁的承載能力和結(jié)構(gòu)剛度，有效防止橋梁的裂痕，是橋梁的饒度大幅度減低。同時(shí)，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)不但可以用于中小型橋梁的加固，還可以應(yīng)用于大中跨度的連續(xù)體橋梁的加固。
2施工對(duì)交通影響小。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在施工中不需要中斷交通，只需要短時(shí)間的限制交通就可以進(jìn)行施工。因此，在施工中對(duì)橋上交通的影響很小。另外，體外預(yù)應(yīng)力加固法技術(shù)的應(yīng)用可做到不影響橋下的凈室，不抬高路面的標(biāo)高，對(duì)橋梁本身的損傷較小。
3后期維護(hù)簡(jiǎn)單。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的另一大優(yōu)點(diǎn)就是加固之后便于橋梁和體外預(yù)應(yīng)力設(shè)備的維護(hù)與維修，能夠隨時(shí)更換預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力筋。同時(shí)，可以隨時(shí)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的應(yīng)力筋實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)裂紋或者腐蝕情況的應(yīng)力筋進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)和更換。這既能夠保證工程施工的安全性又能夠節(jié)約成本。
4在路橋工程施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力加固法主要應(yīng)用于懸臂梁、連續(xù)體系梁與簡(jiǎn)支梁橋的結(jié)構(gòu)加固，促進(jìn)其在使用中更加穩(wěn)定、安全、牢固。在路橋施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固法，不但可以有效降低或消除局部裂縫現(xiàn)象，而且有利于減小梁體撓度，使得路橋結(jié)構(gòu)中不同界面都達(dá)到最為理想的應(yīng)力狀態(tài)。
二、計(jì)算模型分析
在體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中, 體外預(yù)應(yīng)力索與混凝土結(jié)構(gòu)為點(diǎn)接觸連接,組成了一個(gè)內(nèi)部超靜定結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)分析采用橋梁博士軟件進(jìn)行分析計(jì)算。采用有限元程序分析建模時(shí),除和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)一樣考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工工況等特點(diǎn)外,還應(yīng)重點(diǎn)反映體外預(yù)應(yīng)力索的特點(diǎn)。體外預(yù)應(yīng)力索單元在轉(zhuǎn)向構(gòu)造先采用固結(jié)的方式分析(轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)用剛臂模擬),對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力索單元在轉(zhuǎn)向器之間可能產(chǎn)生的滑移,根據(jù)各工況進(jìn)行判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋達(dá)到滑移條件, 則釋放預(yù)應(yīng)力筋與轉(zhuǎn)向器的粘接點(diǎn)兩側(cè)預(yù)應(yīng)力筋部分拉力差, 達(dá)到滿足預(yù)應(yīng)力筋與轉(zhuǎn)向器摩阻條件的平衡狀態(tài)。
在預(yù)加應(yīng)力過(guò)程中,體外預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)施加了力的作用。本設(shè)計(jì)為模擬這種作用,采用等效荷載法,將索對(duì)接觸點(diǎn)的作用力以等效集中荷載替代。當(dāng)預(yù)應(yīng)力索與結(jié)構(gòu)接觸點(diǎn)之間的約束確定時(shí),接觸點(diǎn)之間各段索的拉力是靜定的。在體外預(yù)應(yīng)力索施力作用形成時(shí),之前的由摩阻、錨具等引起的預(yù)應(yīng)力損失已扣除。待等效荷載施加后,將預(yù)應(yīng)力索單元連接到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn),以模擬混凝土結(jié)構(gòu)與體外預(yù)應(yīng)力索單元之間的相互作用。
三、路橋施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固法的優(yōu)勢(shì)
在路橋工程施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力加固法主要應(yīng)用于懸臂梁、連續(xù)體系梁與簡(jiǎn)支梁橋的結(jié)構(gòu)加固，促進(jìn)其在使用中更加穩(wěn)定、安全、牢固。在路橋施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固法，不但可以有效降低或消除局部裂縫現(xiàn)象，而且有利于減小梁體撓度，使得路橋結(jié)構(gòu)中不同界面都達(dá)到最為理想的應(yīng)力狀態(tài)。從現(xiàn)代路橋工程專業(yè)技術(shù)的角度進(jìn)行分析，應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：
1 在路橋施工過(guò)程中，可以有效減少對(duì)于正常交通運(yùn)輸?shù)挠绊懀?br />
2 預(yù)應(yīng)力加固法應(yīng)用所需要的人員與機(jī)械設(shè)備相對(duì)較少，布置較為簡(jiǎn)單，且隨時(shí)可以進(jìn)行調(diào)整，施工作業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益較為理想；
3施工過(guò)程中增加的恒荷載相對(duì)較少，對(duì)于原路橋結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況可以進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到路橋結(jié)構(gòu)整體加固的目的；
4 應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固法有利于路橋使用階段的維護(hù)與修補(bǔ)，而且可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋的更換；
5 路橋施工中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力加固法對(duì)于橋下凈室的影響較小，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)中無(wú)需體征路橋表面標(biāo)高，對(duì)于路橋整體結(jié)構(gòu)的損傷較??；
6 預(yù)應(yīng)力加固法的應(yīng)用范圍較廣，不但適用于中小跨度、簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)體系路橋結(jié)構(gòu)的加固，在大中跨度、連續(xù)體系路橋結(jié)構(gòu)的加固中也具有理想的效果。
四、預(yù)應(yīng)力加固法在路橋施工中的應(yīng)用
目前，我國(guó)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的主要特點(diǎn)是體外預(yù)應(yīng)力加固法，主要用于包括簡(jiǎn)支梁、連續(xù)體梁、懸臂梁在內(nèi)的梁式橋的正常使用范圍內(nèi)的加固。主要的施工方法是通過(guò)對(duì)舊橋梁施加體外的預(yù)應(yīng)力，以減少或者消除舊橋梁裂縫以及各橋面應(yīng)力不均衡所帶來(lái)的不利影響。
1體外預(yù)應(yīng)力加固法
體外預(yù)應(yīng)力加固法是指將具有防腐保護(hù)功能的預(yù)應(yīng)力筋合理布置于路橋梁體外部或者箱內(nèi)，對(duì)于梁體施加一定的預(yù)應(yīng)力，利用預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩使得路橋結(jié)構(gòu)中因部分外荷而產(chǎn)生的內(nèi)力抵消，以達(dá)到改善梁體使用功能的目的，并且有效提高梁體的整體承載能力。目前，在國(guó)內(nèi)的路橋施工中，體外預(yù)應(yīng)力加固法是一種較為常見(jiàn)的加固技術(shù)措施，尤其適用于大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T構(gòu)箱梁橋、連續(xù)箱梁的加固處理。體外預(yù)應(yīng)力筋錨固一般在梁端或者中間部位的橫隔梁上，跨間使用轉(zhuǎn)向塊進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋角度的調(diào)整，以適應(yīng)梁體的整體受力要求。
與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)路橋相比，應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力加固法的技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：1）體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)用形式較為靈活，可以根據(jù)實(shí)際需求將其設(shè)計(jì)為可更換、可補(bǔ)位或不可更換等形式，以利于路橋結(jié)構(gòu)今后的維修、養(yǎng)護(hù)與加固；2）在舊路橋工程的結(jié)構(gòu)加固中，應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力加固法的施工流程較為簡(jiǎn)單，由于梁肋中無(wú)需設(shè)置管道，有效避免了截面削弱的現(xiàn)象。
2有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法
有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法主要是利用錨固于需要加固的路橋梁體上，一般是選取小直徑的預(yù)應(yīng)力筋，對(duì)于梁體施加一定的預(yù)應(yīng)力，適量噴注抗拉強(qiáng)度相對(duì)較高的復(fù)合砂漿，使得預(yù)應(yīng)力筋與梁體牢固粘結(jié)，從而構(gòu)成一個(gè)具有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力特征的路橋梁體加固體系。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法在路橋工程中的應(yīng)用，具有預(yù)應(yīng)力筋錨固簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)耐久性良好、張拉施工操作簡(jiǎn)單及材料利用效率較高等技術(shù)特點(diǎn)，而在國(guó)內(nèi)路橋工程加固施工中得到了廣泛的應(yīng)用。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固法適用于中、小跨徑的鋼筋混凝土空心板梁、T梁與箱梁橋的加固處理，尤其是在城市高速公路與立交工程中的應(yīng)用，有效提高加固處理的效率與質(zhì)量。
3高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固法
在國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段的路橋施工中，高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固法應(yīng)用的材料以芳倫纖維、碳纖維等為主，其中碳纖維材料的應(yīng)用范圍最廣，而且具有施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)成熟的優(yōu)勢(shì)。高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固法的基本作用原理為，將錨固粘貼于需要加固的路橋梁體上的碳纖維布條或者板條，對(duì)于路橋梁體施加一定的預(yù)應(yīng)力，以改善梁體的實(shí)際受力狀態(tài)。高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固法應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)是能否科學(xué)解決預(yù)應(yīng)力纖維布或者板條的張拉、錨固等問(wèn)題。
五 結(jié)語(yǔ)
體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn): 簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力筋曲線,減小摩阻損失;減小混凝土構(gòu)件截面尺寸,減輕結(jié)構(gòu)自重;可更換預(yù)應(yīng)力筋,并便于在使用期內(nèi)檢測(cè)和維護(hù);施工工藝簡(jiǎn)便,由于預(yù)應(yīng)力筋與混凝土截面分離,提高了混凝土的質(zhì)量和耐久性。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系的適用范圍非常廣泛, 既可用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、特種結(jié)構(gòu)和建筑工程結(jié)構(gòu)等新建結(jié)構(gòu),也可用于舊有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固和維修,同時(shí)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)還可用于臨時(shí)性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或施工臨時(shí)性鋼索。
