體外預應力技術在橋梁加固中的應用
2015-07-06
1、引言
在我國經濟建設快速發(fā)展的今天，社會生產力快速提高，我國的橋梁工程建設發(fā)展迅速，更多的大跨度、高難度的橋梁不斷建成，然而新建的橋梁由于施工技術不當或者材料不符合要求，新建的橋梁承載能力達不到設計要求，需要對橋梁進行加固處理，同時，早起修建的橋梁隨著負荷的加重，再加上橋梁自身的老化，很多橋梁己不能滿足現(xiàn)代的交通運輸要求，甚至成為危橋，大量的舊橋、危橋需要維修加固，體外預應力技術應運而生。體外預應力技術對橋梁加固是一種效果明顯、使用廣泛的方法。它是通過在橋梁受拉區(qū)體外施加預應力，使得在受拉區(qū)不利彎矩的方向產生相反的彎矩，從而增加了橋梁的承載能力。
2、工程概況
某橋梁修建于上世紀80年代中期，是連接當?shù)刂鞲傻拦返闹匾獦蛄?，設計為104(32+40+32)m3跨鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，支點處梁高2.0m，跨中梁高1.1m，采用C30混凝土。由于汽車超載和養(yǎng)護不當，該橋梁部分混凝土已經破損、脫落，橋面出現(xiàn)了縱向裂縫，主鋼筋裸露在空氣中并嚴重銹蝕。隨著時間的推移和交通量的日益增加，橋面出現(xiàn)了下沉，橋面原來的標高設計業(yè)出現(xiàn)了偏差。為了既能對橋梁加固施工，又不影響橋梁交通的前提下，經過研究分析，對橋梁采用體外與用力加固的方法對橋梁維修加固。通過體外預應力擊鼓方法使得橋梁的標高恢復，橋梁的承載力和耐久性都得到了明顯的提高。加固方案如圖1，加固體系簡圖如圖2，加固后的支座應力與加固前應力的比較如表1。
3、體外預應力技術和結構的優(yōu)點
3.1體外預應力技術的優(yōu)點
體外預應力技術咋橋梁加固施工中有著良好的優(yōu)越性，其優(yōu)點表現(xiàn)如下：①施工簡單方便，對橋梁加固施工時不需要對橋梁封鎖，在不影響交通的情況下文明施工；⑦體外預應力施工，使得預應力筋和混凝土截面分開，這樣可以大大的提高混凝土的使用時間，同時方便在今后的維修；③運用體外預應力對橋梁加固施工時，不會橋梁截面大小，對結構本身的自重影響小，不會很大的增加橋梁自身荷載；④體外預應力技術施工過程可更換預應力筋，方便在使用時進行檢測和維修；⑤體外預應力技術不占用原來結構空間，施工過程不會因打孔而減低橋梁的承載力，保證了橋梁的正常使用功能；⑥利用體外預應力技術預應力筋和混凝土之間相符沒有粘結，這樣使得由荷載產生的應力變化全部分散在預應力筋上面，而且應力變化范圍較小，這樣有利于承受較大活荷載。
3.2體外預應力結構的優(yōu)點
利用體外預應力技術家督的橋梁結構相比其他方法加固的橋梁結構有如下幾個優(yōu)點：①體外預應力結構采用體外索可以簡化并加速橋梁的加固施工，節(jié)省資金投入；②利用體外預應力技術加固的橋梁結構可以控制體外索的應力，這樣能夠快速的檢測到預應力筋的銹蝕情況，必要時替換鋼絞線束；③對于箱梁橋梁的加固，在箱梁壁內不設置預應力管道，這樣更加方便混凝土的澆筑，同時可以減小箱梁的壁厚，減輕結構自重；④體外預應力結構簡化了曲線預應力筋，減少了摩阻損失。
4、常用的體外預應力加固方法
采用體外預應力技術對梁式橋梁進行加固，是在梁的下緣受拉區(qū)設置預應力粗鋼筋拉桿或者預應力鋼束，通過預應力粗鋼筋拉桿或者預應力鋼束張拉產生偏心預應力，在偏心力作用下使得梁體上升，橋梁的撓度減小，從而大大的提高橋梁的承載力，達到加固的目的。常用的體外預應力加固的方法有兩種：下?lián)问筋A應力拉桿(粗鋼筋)加固法和體外預應力鋼絲柬加固法。
4.1下?lián)问筋A應力拉桿(粗鋼筋)加固法
下?lián)问筋A應力拉桿(粗鋼筋)加固方法是在橋梁下部空間足夠的情況下使用，一般是在橋梁下設置預應力(粗鋼筋)拉桿來補強，也可以在離兩端第二個橫隔板上錨固粗鋼筋拉桿，通過改變支撐點的位置和調整拉桿的拉力來提高承載力。這種方法包含橫向收緊張拉法、縱向張拉法和豎向頂撐張拉法。
4.1.1橫向收緊張拉法
一般梁兩端距離很小時采用橫向收緊張拉法，橫向收緊張拉法是在梁肋底面兩側分兩層布置粗鋼筋拉桿，拉桿在靠近兩端一頭彎起，彎起的拉桿與固定在兩端的U形錨固板焊接，通過欄桿與錨固板的連接，彎起的拉桿用段鋼筋支撐，在其縱向方向上在隔有一定間距的位置上設置一道撐棍和鎖緊螺栓，這樣就可以通過收緊器把拉桿橫向收緊使得拉桿受力，這樣就可以在梁體內產生預應力。加固方法如圖3。
4.1.2縱向張拉法
縱向張拉法是沿著預應力筋的軸線對橋梁施加預應力，通過在橋梁底部布置預應力拉桿粗鋼筋，鋼筋兩端均彎起，并錨固于梁的腹板或頂板上，再沿著梁底或梁頂進行縱向張拉，這樣就可以以減小梁兩端的剪力，從而提高了橋梁的抗剪能力。
4.1.3豎向頂撐張拉法
豎向頂撐張拉法是先在梁端底部設置U形鋼錨固板，并沿梁底部設置粗鋼筋拉桿，拉桿兩端均焊在錨固板上，在梁跨徑1／4處及跨中設置張緊夾具并安裝在梁腹或橫隔板上的承托架上來給鋼筋拉桿施加預應力，鋼筋拉桿的預應力只達到設計要求時，鋼筋拉桿與梁底面使用鋼筋混凝土墊塊楔緊，這樣就可以使得鋼筋拉桿固定并保持張拉力，最后將張緊夾和承托架拆除，對鋼筋拉桿進行防銹處理。
4.2體外預應力鋼絲束加固法
體外預應力鋼絲束加固法一般是沿著梁肋側面按照拋物線線形來設置預應力鋼絲束，為了對鋼束絲固定，在梁的底部每隔一段距離設置一個定位箍圈，距離一般在50～100cm，鋼束絲的兩端需要穿過端翼緣板上的斜孔并延伸至梁頂加以錨固，通過鋼束絲來給橋梁一個預應力，以增加其承載力。
5、體外預應力技術在橋梁加固中的應用
5.1恢復橋面設計標高
體外預應力技術恢復橋面標高，就是通過利用臨時的橫向鋼桁架體外預應力索作用于橋跨跨中，給橋面一個向上的作用力，使得橋面標高得以恢復。首先使用橫向支撐排架和體外預應力索對橋面的標高進行校正，再在橋梁的體外、跨中和上側架設橫向的預應力轉向桁架，通過預應力轉向桁架把橋面太高的力轉給橋墩，通過對預應力的不斷調整，逐漸的把橋面抬到原始設計標高位置。
5.2截面裂縫修補
由于交通量的增加、長期超負荷和偶然較強荷載的撞擊，橋梁的截面往往會出現(xiàn)裂縫。由于橋梁的剛度大，鋼橋跨中下的撓度大，橋面裂縫一般出現(xiàn)在墩頂范圍之內，而橋梁跨中位置的裂縫往往會出現(xiàn)在梁的底板、翼板和腹板上。通過體外預應力技術對截面裂縫修補，先對截面裂縫進行檢查，使用25倍讀數(shù)顯微鏡對裂縫進行檢查，對于大于0.3mm的截面裂縫全部使用高強度的粘結劑封閉，然后插入壓漿嘴將高分子材料壓入并填充裂縫，對于出現(xiàn)在橋梁1／4處的腹板斜截面裂縫，用鋼板進行體外預應力加強。
6、結束語
我國地形復雜，橋梁眾多，很多橋梁由于年限已久，嚴重的影響了我國的交通狀況，對舊橋、危橋拆除新建需要浪費大量的人力、物力和財力，而且還會導致我國公路交通暫時性的癱瘓。通過使用體外預應力加固技術對橋梁的維修，可以大量的較少混凝土的用量，而且施工簡單快捷，能夠保證施工質量，更重要的是采用體外預應力施工對交通影響小，保障交通。通過對體外預應力技術的不斷發(fā)展與實踐應用，體外預應力技術已經趨于完善，相信在今后的橋梁建設與舊橋的加固工程中，體外預應力技術會得到越來越廣泛的應用，為我國橋梁工程帶來新的發(fā)展希望。
