公路橋梁體外預應力加固技術研究

徐先悅

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司)

1 引 言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,公路運輸量大幅度提高,車輛載重和行車密度不斷增加,作為公路交通的咽喉,橋梁使用功能的好壞直接影響公路交通的暢通,其正常營運是確保交通安全的關鍵。然而橋梁結構由于設計過程中的歷史局限或是施工過程中的初始缺陷、各種意想不到的自然災害、自然老化,造成現(xiàn)有橋梁中的相當一部分已經(jīng)滿足不了正常營運的要求。工程實踐表明,可采用合理可行的加固措施,提高或恢復橋梁的通行能力和承載能力,延長其使用壽命。一般情況下,橋梁的加固費用僅為新建橋梁費用的 10%～20%。因此,如何選擇有效的施工技術加固現(xiàn)有橋梁,具有很大的經(jīng)濟效益。

在現(xiàn)在的加固技術中,體外預應力加固由于其具有施工簡單、快速、不增加結構自重等優(yōu)點,被大量應用于舊橋加固。本文將結合具體的工程實例,介紹體外預應力加固技術。

2 體外預應力的概念及優(yōu)點

2.1 體外預應力的概念

體外預應力技術,是指將預應力筋布置在結構構件截面之外的預應力技術,是后張預應力體系的重要分支之一。采用體外預應力技術加固混凝土結構時,體外預應力束一般采用折線形按在梁的跨中部分,體外預應力束布置在腹板下緣,在離支座約 1/4L處,束向上彎起,錨固在梁的兩端。采用體外預應力技術加固某簡支梁結構的示意圖如圖 1所示。

圖1 體外預應力技術加固示意圖

2.2 體外預應力加固技術優(yōu)點

相對于傳統(tǒng)的體力預應力加固技術,體外預應力加固技術有如下優(yōu)點。

(1)施工快速、簡單,無需改變加固梁截面大小,不會增加結構自重;

(2)在施工過程中,無需封鎖交通,原結構仍可使用,減少交通壓力;

(3)由于預應力束基本不占用結構空間,不會因為預留孔的存在而降低結構的承載能力;

(4)由于預應力筋在混凝土截面之外,能方便檢查人員對預應力束進行維護和應力檢測;

(5)體外預應力束在工廠定制,質量有保證。

3 體外預應力加固組件

從加固所用主要材料看,有高強螺紋鋼筋,預應力高強鋼絲束鋼絲繩及型鋼等,從構造形式主要有下幾個部分組成:(1)水平筋,亦稱水平拉桿,多由高強鋼絲或鋼絲繩、螺紋粗鋼筋組成。其作用是在梁底部位施加縱向預應力,從而對梁體產(chǎn)生反向彎矩,以抵消部分自重及活載產(chǎn)生的正彎矩、提高梁的承載能力和防止梁截面底部開裂;(2)斜筋,亦稱斜桿,由槽鋼或高強粗鋼筋做成,作用是提高梁端部的剪力,從而提高梁的承載能力;(3)轉向塊,當斜筋和水平筋不為一根鋼筋時,需用轉向塊將其聯(lián)結為一體。轉向塊的基本作用是斜筋和水平筋之間力的傳遞、固定折點位置并使斜筋的堅向分力位于梁底,與錨固點處的堅向力一起作用,使梁端部位形成負彎矩和負剪力;(4)錨固點,有梁端錨固、梁頂錨固和腹板錨固;(5)U型承托,當采用型鋼作為斜桿或以一根鋼絲繩取代斜筋和水平筋時,利用距離梁端的第一個橫隔板作為堅向支承,并兼作斜筋和水平筋的轉折點;(6)水平筋固定支座,用以減小水平筋的自由長度,從而起到減振作用,該裝置對于跨徑較大的體外索加固技術尤為重要。

4 常用施工方法

4.1 縱向張拉法

縱向張拉法是沿預應力筋的軸線施加預應力的方法。預應力筋沿梁底布置,到梁的兩端設導向塊處彎起,錨固于梁的腹板或頂板上,再沿梁底或梁頂進行縱向張拉,以減小梁端的剪力?？v向張拉錨固構造主要有兩種,梁頂錨固和腹板錨固。體外預應力筋張拉方法與其構造形式有關,張拉位置可以在梁頂沿斜筋方向張拉,亦可在梁底沿水平方向張拉。其張拉程序與預制混凝土梁的相同。

4.2 豎向張拉法

當采用縱向張拉法施工不便時,應考慮采用豎向張拉法進行。此法采用在梁肋兩側對稱布置預應力筋,在預應力筋中部豎直向上張拉,在梁肋底部用小橫梁固定預應力。

4.3 橫向收緊張拉法

梁的兩端間隙很小時,一般采用橫向收緊張拉法。此法是在梁的下緣安裝預應力筋,在距梁端適當距離處彎起并通過支點錨于梁端的錨固鋼板上,錨固鋼板呈 U形套在梁端的下翼緣上。水平段的預應力筋用撐棍分成若干段。在每段中點用拉緊螺栓將兩對稱筋收緊,拉桿即產(chǎn)生預應力。

4.4 預彎梁法

以上三種方法,主要是用于解決梁下緣開裂的問題,當為了防止梁上緣的開裂,需采用預彎梁法。

5 工程實例

某公路橋梁全長 120m,橋面寬度 8m,修建于 20世紀 80年代初,由于養(yǎng)護不當與超載使用?，F(xiàn)階段下緣混凝土破損,部分混凝土脫落,已出現(xiàn)縱向主鋼筋已嚴重銹蝕。隨著交通量的增長,橋面已出現(xiàn)下沉,偏差原來橋而設計標高。為了保證不長期中斷交通,研究決定采用體外預應力技術加固橋梁。

采用體外預應力加固技術,可以通過預應力水平鋼絲束對被補強梁施加水平預應力,改變受彎梁構件內(nèi)力圖式,在支座處產(chǎn)生附加彎矩,抵消了部分恒載彎矩,減少梁的跨中彎矩,提高了被補強梁的正截面抗彎強度、抗裂性和剛度。預應力張拉完成后,噴射混凝土增加梁截面厚度來提高梁支座附近斜截面的抗剪強度,并可包裹預應力鋼絲束,防止鋼絲束銹蝕。

預應力材料:預應力鋼絲采用高強度低松弛鋼束,由16Φ5鋼絲組成;

錨具:弗氏錨;

錨下墊板:采用3號鋼,板厚30mm,平面尺寸 200mm ×740mm;

噴射混凝土:C30混凝土。

6 加固效果

該大橋采用先以體外預應力加固T梁,后用錨噴混凝上使預應力鋼束與梁體粘合的加固方法,不僅使梁的抗彎、抗剪強度及剛度增大,且能有效地防止預應力鋼束過早銹蝕,減少了今后養(yǎng)護費用。該方法通過施加預應力,主梁將會產(chǎn)生上拱,這將會抵消舊橋過大的向下彎曲變形,并可使梁底面裂縫減小或閉合。噴射混凝包裹著預應力鋼筋,既發(fā)揮了預應力的作用,又發(fā)揮噴錨混凝土優(yōu)越性,也解決了體外預應力鋼材養(yǎng)護難題,經(jīng)濟效益十分顯著。

7 結 語

隨著社會發(fā)展,在今后的若干年里,會有越來越來多的舊建筑物有可能出現(xiàn)工程質量事故問題,需要維修和加固。建筑物維修、改造和加固的費用將逐步增加。體外預應力加固技術施工簡單,加固效果良好,定能得到極大的應用與發(fā)展。

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