體外預應力加固橋梁工程應用探討
2016-03-23
近年來，隨著各種重型車輛的不斷出現(xiàn)，公路橋梁負荷日趨加重，而且舊橋部分老化、破損，已經(jīng)不能適應現(xiàn)代交通運輸?shù)囊?。因此，對橋梁結構的維修、加固和補強的研究及應用，是目前和今后面臨的主要任務。
1體外預應力加固法的特點
1.1 體外預應力加固的優(yōu)點
體外預應力是后張無粘結預應力體系的分支之一。將預應力鋼筋布置于混凝土截面之外的技術己在工程中得到了應用，并成為加固既有橋梁的有效方法之一。采用體外預應力技術加固橋梁結構有很多優(yōu)點：①預應力布置簡單，可以調整，簡化了后張的操作程序。所需設備、人員少，施工周期短，經(jīng)濟效益好；②對橋上交通影響小，可不中斷交道或短時間限制交通；③增加恒重不多，可以能動地調節(jié)原結構中的應力狀態(tài)，達到有效加固的目的；④維護修補方便，可以隨時更換預應力筋；⑤對橋梁損傷小，可做到不影響橋下凈室不抬高路面標高；⑥能夠較大幅度地提高舊橋的承載能力和結構剛度，能夠有效的控制原結構的裂縫和撓度，使裂縫部分或全部閉合，使撓度大幅度減小。
1.2體外預應力加固的缺點
但體外預應力加固也有如下缺點:①體外預應力索容易受到意外的破壞。②體外預應力索不能參與局部裂縫的控制。③由于轉向裝置和錨固點受到約束，行車時容易引起體外索的振動，預應力索的自由長度受到限制。④從力學特性上來講體外預應力索與周圍結構主體在同一截面上的變形是不協(xié)調的。
2體外預應力加固原理
體外預應力結構的預應力筋布置在主體結構之外，固體外預應力索通常為由多根鋼絞線組合成的集中鋼索，故稱為體外預應力索。體外預應力加固通常采用粗鋼筋鋼絞線、高強鋼絲等材料作為施力工具。在體外對橋梁上部結構施加預應力，以預應力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內力，起到卸載的作用，從而較大提高橋梁結構的承載能力。對于鋼筋混凝土橋梁，可考慮采用體外預應力進行加固，該法具有加固，卸荷改變結構內力的三重功效。體外預應力混凝土結構的基本組成主要包括：體外預應力索、管道和灌漿材料，體外預應力索的錨固系統(tǒng)，體外預應力索的轉向裝置
3體外預應力加固施工要點
3.1放樣定位
3.1.1滑塊墊板及錨固支座位置的放樣定位
沿梁底從錨固實際中心(投影點)向跨中方向量取滑塊墊板的中心位置及跨中位置，分別標記在梁底的兩側，并將墊板的平面尺寸繪在梁底面上，標出有關螺栓的孔位，在墊板放樣中可以不計梁的撓度影響。
3.1.2上錨固點的放樣定位
?。?）斜筋上錨固點位于梁頂或梁端面時，以單梁頂(端)面的縱軸線為基準，沿縱橋向測量錨固點距梁端的距離；（2）錨固點位于梁端時，應量取錨固點距梁底或梁頂面的垂直距離，再沿橫橋向對稱量取上錨固點的橫向距離，標出錨固點的理論位置。由于梁的頂板和腹板中均有鋼筋存在，特別是受力鋼筋，在進行錨固點放樣時，可將錨固點位置適當調整以避開這些鋼筋，切記不應將其切斷。
3.2上錨固點設置
當上錨固點設在梁頂及梁端頂面時，需要按設計的斜筋穿出位置，在橋面板或梁頂面鑿穿二個具有與斜筋角度相同的斜孔。首先把橋面鋪裝層鑿去，將梁頂面混凝土保護層鑿去，露出鋼筋，再將錨固墊板處的混凝土進行細鑿。按斜孔的設計角度做一個鑿孔架，將鑿巖機的鉆桿放入鑿孔架的槽內，使鉆頭中心對準理論錨固點，然后再進行鑿孔，以便鑿好斜孔。上錨固孔鑿完之后，將梁頂面混凝土清理干凈，除去混凝土碎渣。然后，在開鑿后的混凝土表面涂一層環(huán)氧膠液，再用環(huán)氧水泥砂漿鋪平。最后將上錨固設在梁頂時，應保證錨墊板的上表面與梁頂面平齊，或略低一點，以確保錨固點上有盡可能厚的混凝土保護層。
3.3轉向裝置
轉向裝置是實現(xiàn)體外索加固的重要構件，其傳載方式和自身性能也是影響預應力施加效果的關鍵。體外預應力混凝土結構的預應力筋必須通過轉向裝置改變方向，從而形成設計的預應力筋曲線形式。在轉向裝置與預應力筋的接觸區(qū)域，由于摩擦和橫向力的擠壓作用。如果轉向裝置設計不合理或構造措施不當，預應力鋼材容易產(chǎn)生局部硬化和摩阻損失過大。轉向裝置的設計要求預應力筋在折角點的位置必須高度準確，避免產(chǎn)生附加應力，轉向裝置在結構使用期內也不應對預應力鋼材有任何損害。另外，轉向裝置的加工應在加工廠進行，嚴禁在現(xiàn)場加工，現(xiàn)場安裝中，要嚴格按圖紙進行，在運輸及焊接過程中，應采取措施防止焊接變形，穿束前應拉線確定安裝是否合適。
3.4預應力筋的安裝和張拉
在安裝預應力筋前，首先要檢查各種錨具是否能正常工作，特別是粗鋼筋的螺桿和螺母的匹配情況，逐個試擰，均應達到每個絲頭在不加力的情況下，以手擰動就可將螺母擰至全程。
對于水平筋和斜筋分別采用兩根粗鋼筋或斜桿為型鋼的情況，首先將斜筋與水平滑塊固定在一起，并將斜筋的上錨固點固定。用臨時支架將滑塊定位在其墊板的位置上，然后再穿入水平筋。穿筋時應保證水平筋的兩端均有相等的絲頭長度，檢查滑塊位置并預留滑移量。為了防止在張拉錨固時擰緊螺母困難，上緊兩水平筋的螺母，同時應保證水平筋的中心與滑塊錨孔的對中。
而橫向收緊水平筋產(chǎn)生預應力的體系，則首先按斜筋的斜度要求將斜桿焊接再梁端的U型錨固板上，采用夾桿焊將水平筋焊再斜筋上。每隔2～2.5m用木塊將水平拉桿墊起，然后安裝鎖緊裝置，以減少垂度。以備張拉，先安放彎起點處的立柱，再按設計位置安裝撐棍和收緊器。
就張拉位置而言，體外預應力筋的張拉方法可分為沿斜筋方向在梁頂張拉和沿水平筋方向在梁底張拉。一般來說，由于張拉設備及操作人員的限制不可能所有的梁同時張拉，但對于同一根梁的兩側預應力筋應盡量做到同步張拉，以保證梁兩側的鋼筋具有相等或相近的預應力狀態(tài)。
3.5壓漿
張拉完成后局部有粘結段的壓漿工作是一道很重要的工序，首先施工前要進行1：l的模型試驗，在保證壓漿密實飽滿的情況下，局部有粘結段的粘結力可達到設計張拉力的108％。工程中，壓漿施工在張拉完成后24h內進行，以滿足錨固要求。壓漿采用手動壓漿機，保證壓漿過程的均勻穩(wěn)定和壓漿壓力的要求。另外，壓漿密實程度將直接影響粘結效果，所以在壓漿中應嚴格控制水灰比，并保持壓力均勻。
4工程實例
4.1工程概況
某高速公路(86+160+86)m預應力混凝土連續(xù)剛構橋，大橋左右線獨立設置，采用單箱單室直腹板箱型截面全橋立面及斷面形式。
4.2體外預應力加固措施
本橋的總體縱向加固手段為體外預應力加固法，用于提高主梁結構的預應力度，補償已損失的縱向預應力。根據(jù)設計要求，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l80m)和支點短索N3(單幅每支點各8束、單根工作長度36m)。體外索相對與梁體兩側和兩端均對稱布置，施工時每次張拉對稱的一對鋼束，鋼絞線在兩端同步張拉。支點短索采用12-7φ5鋼絞線，通長索和中跨索采用31-7φ5鋼絞線。
體外預應力拉索采用FECS15．2SP型環(huán)氧涂層填充型鋼絞線。公稱面積140mm2，抗拉強度標準值為1860MPa，彈性模量為1.9×105MPa，錨下張拉控制應力為0．55by。
體外索布置在箱內，張拉完成后成空間曲線，經(jīng)轉向器(分絲／整體)和預埋鋼管穿過轉向架，達到轉向和傳力的目的，通過錨固塊錨固。為方便與原結構的連接，所有錨固裝置和轉向裝置均采用混凝土結構。為防止橋面行車引起鋼束過大震動，沿體外索縱向每隔8m左右設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、調節(jié)螺母、密封裝置、密封筒組件)、FSM．TWB15-3l型(帶保護罩組件、防松裝置、錨板、密封裝置)、FSM．TWBI5-12型(帶保護罩組件、防松裝置、錨板、密封裝置)錨具，夾片為FSM-W15型。滿足分級、補張拉和放松拉力等張拉工藝要求，同時可以整束調索、換索，并且具有良好的自錨性能、松錨性能和安全的重復使用性能。
4.3施工工藝流程
索道清理及穿索準備→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→安裝保護罩并灌注防腐油脂→安裝防振限位裝置。
結束語
總之，相對與其他常規(guī)的橋梁加固措施，體外預應力技術是一種靈活的主動加固技術，可以主動改善結構的應力狀況，大幅度改善結構的安全性能，有著一定的推廣價值。
