體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用

何廣寶

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

當(dāng)前，我國交通運(yùn)輸事業(yè)取得了極大的發(fā)展，但隨著交通量的增大，許多橋梁都出現(xiàn)了不同程度和種類的病害，因而需要加固。根據(jù)我國橋梁領(lǐng)域眾多工程技術(shù)人員對橋梁加固技術(shù)的研究和實(shí)踐，在橋梁加固工程中采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是一種簡便、有效的方法，可以達(dá)到改善橋梁使用性能和提高橋梁承載能力的目標(biāo)。

1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)構(gòu)及體系

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是指將預(yù)應(yīng)力筋布置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面之外的預(yù)應(yīng)力技術(shù)，是相對于傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力筋布置在截面內(nèi)來說的。

1.1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)構(gòu)

在實(shí)際加固過程中，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力一般設(shè)置于整體結(jié)構(gòu)以外的部分。體外預(yù)應(yīng)力索一般是由多根絞線組合而成，其因此而得名。運(yùn)用體外預(yù)應(yīng)力對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理的具體方法是在側(cè)梁下半部分增加體外預(yù)應(yīng)力鋼絲索，然后在其中設(shè)置一道連接構(gòu)建，將其緊密地連接為一體，使之成為一個體系，伴隨體外預(yù)應(yīng)力索的增設(shè)，增大了體外預(yù)應(yīng)力的強(qiáng)度，其所起的作用就是對部分恒載應(yīng)力加以抵消，使卸載作用加強(qiáng)，整個橋梁結(jié)構(gòu)的承載力也隨之增大。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)如圖1－1所示。

圖1-1 體外預(yù)應(yīng)力基本結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)體系

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)體系主要包括兩個方面的內(nèi)容：

a）無粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系 主要由單根無粘結(jié)筋平行地穿入HDPE管之中，首先完成灌漿工藝，由水泥漿體將單根無粘結(jié)筋加以定位；

b）有粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系 該體系中的鋼絞線主要穿過鋼管的孔道之中，產(chǎn)生一定強(qiáng)度的張力之后，將水泥漿灌入其中。

2 體外預(yù)應(yīng)力加固原理及其方法

2.1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固原理

體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)一般采用高強(qiáng)鋼絲或粗鋼筋鋼絞線等材料作為施力工具。在體外對橋梁外部結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，以預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，以此達(dá)到改善橋梁使用性能和提高承載力的目的。這種方法具有加固、卸荷及改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重功效。圖2－1、圖2－2為加固前后示意圖。

圖2-1 采用體外預(yù)應(yīng)力加固前

圖2-2 采用體外預(yù)應(yīng)力加固后

2.2 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固方法

體外預(yù)應(yīng)力加固方法一般分為下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿加固法和外部預(yù)應(yīng)力鋼索加固法。

2.2.1 下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿加固法

此類預(yù)應(yīng)力拉桿包括如下三大類：

a）直線型 主要適用于正截面抗彎承載力不充分的梁的折架之中；

b）折線型 主要適用于正截面及斜截面抗承載能力均不充分的下弦桿；

c）混合型 適用于正截面抗彎承載力不夠充分的梁之中。

2.2.2 外部預(yù)應(yīng)力鋼索加固法

外部預(yù)應(yīng)力鋼索加固一般采用預(yù)應(yīng)力鋼絲束或鋼絞線，沿梁肋側(cè)面按某種線形設(shè)置，通過張拉實(shí)現(xiàn)體外預(yù)應(yīng)力。梁底設(shè)置若干定位裝置，以保證鋼索線形并固定其位置。鋼索錨固于梁兩端。預(yù)應(yīng)力鋼索通常套以保護(hù)管，或待張拉錨固后用混凝土包裹，以防銹蝕。

3 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁施工流程及實(shí)例分析

3.1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁施工流程

一般而言，體外預(yù)應(yīng)力施工主要包括如下九個流程：

a）編制施工方案；

b）準(zhǔn)備施工機(jī)具；

c）安裝轉(zhuǎn)向器；

d）體外索穿索；

e）穿入限位裝置；

f）安裝錨頭；

g）單根張拉體外索；

h）安裝防松裝置及保護(hù)罩；

i）在保護(hù)罩和錨頭內(nèi)注入油脂，以防止腐蝕。

3.2 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁實(shí)例分析

某連續(xù)鋼構(gòu)橋梁已經(jīng)建成30多年，因為汽車超載等因素，下緣混凝土已經(jīng)破損，而且部分混凝土已經(jīng)脫落，出現(xiàn)縱向貫通裂縫，主鋼筋已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重銹蝕。隨著交通量的增長，橋面已經(jīng)產(chǎn)生下沉，與原來橋面設(shè)計標(biāo)高產(chǎn)生了偏差。經(jīng)過研究分析，為了不影響交通狀況，決定采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對該橋進(jìn)行加固。

3.2.1 對橋面設(shè)計標(biāo)高進(jìn)行恢復(fù)

若要將橋面設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)高度加以恢復(fù)，就需要經(jīng)過體外預(yù)應(yīng)力作用于橋梁橫跨，給橋面施加方向為向上的作用力，最終使得橋梁橫跨中應(yīng)受力反彈復(fù)位，從而使得橋面下沉撓度出現(xiàn)顯著性下降，橋面恢復(fù)至原來的設(shè)計標(biāo)高。

3.2.2 對截面裂縫進(jìn)行修復(fù)

橋截面在交通量的增長與荷載現(xiàn)象的撞擊下產(chǎn)生了裂縫。由于剛橋跨中下?lián)媳容^大，橋面裂縫出現(xiàn)在墩頂領(lǐng)域中，而跨中裂縫則出現(xiàn)在梁的底板、腹板和翼板上。采用高強(qiáng)度粘接劑，對裂縫實(shí)施灌漿封閉，而后為保證裂縫普查精確，使用專門的檢查儀器（25倍讀數(shù)顯微鏡）進(jìn)行裂縫普查，然后封閉所有大于0.3mm的裂縫，插入壓漿嘴將高分子材料壓入并填充裂縫。對于L／4處的腹板斜裂縫，還需要用鋼板來加強(qiáng)，如圖3所示。

圖3 鋼板加固示意圖

3.2.3 對轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)的施工

為了降低對原橋的影響，在梁內(nèi)施加體外預(yù)應(yīng)力鋼索的時候，根據(jù)加固設(shè)計要求確定了體外預(yù)應(yīng)力索固定點(diǎn)，以此來達(dá)到受力要求和保障施工質(zhì)量。在鋼結(jié)構(gòu)形成骨架以后，在鋼制構(gòu)件之間澆筑C50鋼纖維混凝土來填實(shí)。同時按照“墩頂靠上，轉(zhuǎn)向貼底”的原則，將轉(zhuǎn)向鋼管經(jīng)過試安定位，并對鐵件外露部分作環(huán)氧樹脂防腐處理。

4 結(jié)語

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是一種靈活的主動加固技術(shù)，相對于其他常規(guī)的橋梁加固措施，它可以主動改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況，大幅度提升結(jié)構(gòu)的安全性能。體外預(yù)應(yīng)力加固加固橋梁具有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如，人力投入少、施工工期短；在加固過程中，不影響原來交通狀況；對原橋結(jié)構(gòu)損傷較小；加固方式靈活，可以全梁加固，也可局部加固等。但是任何事情都有兩面性，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)也有一些缺點(diǎn)，因此在橋梁加固中需要具體情況具體分析，使其在橋梁加固工程中發(fā)揮更加有效的作用。

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