路橋工程體外加固技術(shù)的探討
2016-02-29
0前言
隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展,公路網(wǎng)已基本形成,但公路網(wǎng)中部分橋梁抗震性能不良、承載力不足,施工不規(guī)范，影響其安全性和使用功能,需采用加固措施提高承載力以適應(yīng)交通需要，因此， 舊橋加固將是橋梁工程界一個非常迫切的任務(wù).體外預(yù)應(yīng)力是一種有效的橋梁加固方法,簡單易行,不影響行車,受力途徑明確,能顯著提高結(jié)構(gòu)承載力和抗裂度,有效改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。
1 體外索加固橋梁設(shè)計方法
1.1 理論
為了滿足加固后舊橋承載力的需要,體外索一般采用折線形,同時滿足梁正截面抗彎強度和抗剪強度的要求. 體外索材料一般由無粘結(jié)鋼絞線、粗鋼筋與槽鋼組合而成。 體外索布置(如圖1 )所示.體外索加固橋梁受彎構(gòu)件時,可按偏心構(gòu)件驗算梁的承載力;按無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),認(rèn)為截面受彎破壞時,梁內(nèi)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋達(dá)到屈服,而預(yù)應(yīng)力鋼筋達(dá)不到極限強度,驗算使用階段的應(yīng)力及結(jié)構(gòu)的變形;按加勁梁組合結(jié)構(gòu)分別對其受力和使用性能進(jìn)行分析. 在正使用極限狀態(tài)的各項指標(biāo)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)力量。
2 橋梁加固設(shè)計實例
某大橋為平均跨距為13m 的鋼筋混凝土T型梁橋,原設(shè)計荷載為汽-10 級、拖-60. 由于船體的撞擊,下緣混凝土破損,部分混凝土脫落,已出現(xiàn)縱向貫通裂縫,主鋼筋已嚴(yán)重銹蝕. 加固時,首先鑿除松散混凝土,用鋼絲刷清銹處理,采用掛模澆筑C40 混凝土修補完整,然后施加體外預(yù)應(yīng)力加固. 加固后橋梁承載能力要求提高到汽15級。
T 型主梁翼緣寬178 cm ,翼緣厚12 cm ,梁肋寬18 cm ,受拉Ⅱ級,鋼筋面積為44.27² cm , 采用C25混凝土,體外索布置如圖1 所示,支點距轉(zhuǎn)向塊為180 cm ,轉(zhuǎn)向塊的間距為840 cm ,端錨固點距轉(zhuǎn)向塊為150 cm , 中心軸距梁上邊緣為19.14 cm , 中心軸距梁下邊緣為60.86 cm ,為端錨固點至中心軸距離, 為轉(zhuǎn)向塊至中心軸距離.每片T 型梁配置4 根無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線,共16 根. 為了使每片梁受力均勻,采用兩端分2 次張拉,固定端與張拉端交叉布置. 預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉控制應(yīng)力為855MPa ,有效預(yù)應(yīng)力為62215Mpa。
加固后橋梁, 采用前軸為55 kN、后軸為155kN ,兩輛載重汽車進(jìn)行現(xiàn)場荷載試驗。
由表1數(shù)據(jù)表明主梁跨中撓度為5.43mm,滿足橋梁規(guī)范要求靜活載撓度不超過(1/ 600) L 的要求,校驗系數(shù)滿足0.6～0.9舊橋鑒定的要求. 結(jié)構(gòu)具有足夠的抗彎剛度,達(dá)到汽-15 荷載標(biāo)準(zhǔn)作用的使用要求。
數(shù)據(jù)表明:施加預(yù)應(yīng)力,使主梁的上邊緣混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力和下邊緣混凝土產(chǎn)生壓應(yīng)力,則上邊緣混凝土總壓應(yīng)力值與下邊緣混凝土總拉應(yīng)力值都減小. 鋼筋的校驗系數(shù)滿足0.4 ～0.8 舊橋鑒定的要求. 采用體外預(yù)應(yīng)力加固后,從加固前汽-10 級荷載提高到加固后汽-15 級荷載標(biāo)準(zhǔn),加固效果是非常顯著。
荷載試驗表明:在汽-15 荷載標(biāo)準(zhǔn)作用下,加固后橋梁的抗彎承載能力系數(shù)為1.51 ,達(dá)到加固要求,該加固方法是可行的。
3 施工過程
3.1 鉆孔與碳纖維粘貼
在T 型梁的腹板鉆孔洞時,避開梁中受力鋼筋. 洞口周圍粘貼了30 cm ×30 cm 碳纖維,以增強混凝土的局部抗壓能力。
3.2 穿索與預(yù)應(yīng)力張拉
首先對每根無粘結(jié)鋼絞線貼上編號標(biāo)簽,逐根將鋼絞線穿入鋼栓孔洞中,并調(diào)整至最佳位置.然后安裝錨杯和夾片外螺母,將千斤頂和張拉配件安裝就位,最后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉。
張拉程序:0 →10 %σcon (讀初始伸長值并作張拉程序:0 →10 %σ(測量伸長值l3作記錄）
→σcon (測量伸長值l3 并作記錄) →卸荷至零. 采用一端張拉法對鋼絞線在梁兩側(cè)各一根進(jìn)行對稱張拉. 張拉時,采用張拉力和預(yù)應(yīng)力筋伸長量雙重控制. 張拉過程中,跟蹤觀測每片主梁的跨中撓度和裂縫閉合情況。
張拉過程采用以張拉力控制為主,伸長值校驗的方法. 初應(yīng)力時量取千斤頂活塞的伸長量l1 張拉達(dá)20 %σcon 時再量取千斤頂活塞的伸長量l2 ,二者之差為鋼索的實際推算伸長量. 張拉應(yīng)力達(dá)100 %σcon ,再量取千斤頂活塞的伸長量l3 , l3 與l1之差為鋼索的實際張拉伸長量. 實際張拉伸長量與實際推算伸長量之差,與理論伸長相比誤差不超過+ 10 % , - 5 %.
注：梁1#1為1#梁張拉第一根預(yù)應(yīng)力鋼絞線,其他以此類推.
預(yù)應(yīng)力張拉的理論伸長量計算按規(guī)范要求進(jìn)行,采用平均張拉應(yīng)力法即
式中, Fp 為平均張拉力;L ,Ap , Ep 分別為預(yù)應(yīng)力鋼絞線計算長度、面積和彈性模量
單根鋼絞線的張拉力分別為120 kN(2 片中梁) 、100 kN(2 片邊梁) ;初應(yīng)力取張拉力的10 % ,即分別為12 kN ,10 kN.由表4、表5 數(shù)據(jù)可以看出,張拉時,跨中向上撓度實測值與理論計算值吻合較好,說明理論計算的正確和施工質(zhì)量的可靠。
4 結(jié)束語
1) 綜上所述，體外索加固法是在使用過程中,具有加固、卸載及減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力的作用,值得推廣應(yīng)用。
2) 體外預(yù)應(yīng)力加固法，加固后能達(dá)到荷載標(biāo)準(zhǔn),加固效果是非常顯著。
3) 體外索加固法有效改善了主梁在正常使用階段的工作性能,裂縫寬度變窄,撓度明顯減小。
