簡支T梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)

張贊豪

(新疆南方路橋工程有限責(zé)任公司，新疆　喀什　830000)

簡支T梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)

張贊豪

(新疆南方路橋工程有限責(zé)任公司，新疆喀什830000)

關(guān)鍵詞：簡支T梁；體外預(yù)應(yīng)力加固；施工技術(shù)

0引言

預(yù)應(yīng)力加固法主要有體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固法和體外預(yù)應(yīng)力加固法兩種，其中體外預(yù)應(yīng)力指利用高強度的鋼絞線、粗鋼筋作為施力工具，對橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，利用預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反彎矩將外荷載產(chǎn)生的一部分內(nèi)力抵消掉，進(jìn)而使橋梁結(jié)構(gòu)的受力情況得以改善，提高結(jié)構(gòu)的剛度，減少裂縫，提升橋梁結(jié)構(gòu)的抗剪能力和抗彎能力。

1工程概況

南疆某簡支T梁橋設(shè)計使用年限為100年，T梁梁高為1.65 m，半幅橋斷面分別由六片T梁構(gòu)成，設(shè)置在跨梁端和跨中。此橋使用簡支梁橋面板連續(xù)結(jié)構(gòu)，主梁為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。跨度在20 m以下的梁設(shè)計使用強度等級為C50的混凝土，跨度在20 m以上的梁設(shè)計使用強度等級為C55的混凝土。原來橋設(shè)計荷載：汽-超20級，驗算荷載：掛-120。在檢查橋梁過程中，工作人員發(fā)現(xiàn)此橋T梁腹板跨中處出現(xiàn)了一個左右兩側(cè)堆成的豎向裂縫，裂縫寬度>0.35 mm，影響了橋梁的承載能力，需要對其進(jìn)行加固處理。加固處理時，要求在不影響車輛正常通行的前提下選擇加固方法。橋梁截面結(jié)構(gòu)配筋如圖1所示。

圖1　主截面配筋圖

2橋梁加固方法對比和選擇

2.1粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法的工作原理是使用一定黏度的結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼到橋梁主梁的受拉區(qū)部位，從而可使主梁與相關(guān)結(jié)構(gòu)的受力均勻，降低主梁的承受力。在實際施工中要注意嚴(yán)格控制裂縫的大小，最大限度地增強橋梁結(jié)構(gòu)自身的抗彎曲能力。粘貼鋼板加固法的優(yōu)點是可操作性強，在施工中不會影響車輛的正常通行。存在的不足是施工中不管是在材料的選擇上或者是施工技術(shù)的實施中都有明確的界定，而且若將鋼板的錨固設(shè)置在主梁上方則會對主梁造成不同程度的影響，在使用中應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行有效選擇。

2.2粘貼碳纖維加固法

粘貼碳纖維加固法的工作原理是通過粘結(jié)劑將一定強度的復(fù)合板粘貼在橋梁表面，當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)受到外力作用時，高強度的復(fù)合纖維布會與橋梁形成密不可分的整體，這樣可大大增強橋梁結(jié)構(gòu)的抗彎曲能力。從動力學(xué)層面來分析，粘貼鋼板加固法采用碳纖維板將其固定在混凝土表面，從而增強混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該方法的優(yōu)點在于施工操作簡單易行，而且不會給結(jié)構(gòu)造成損傷，在主梁加固方面應(yīng)用較為廣泛。

2.3體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力加固法的工作原理是給梁體外圍包裹一層防腐保護材料，并對梁體施加預(yù)應(yīng)力，從而盡可能地減少外部荷載力對梁體造成的損害程度，增強主梁的抗彎曲能力[1]。體外預(yù)應(yīng)力加固法的實質(zhì)是通過將梁體受力進(jìn)行均勻分布來增強主梁的耐久性，該方法已在很多工程中得到了廣泛的應(yīng)用，相關(guān)人員通過總結(jié)將預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的優(yōu)點列舉如下：

(1)可將體外預(yù)應(yīng)力筋的性能最大限度地發(fā)揮出來，從而增強主梁的可承載力；(2)通過體外預(yù)應(yīng)力筋的相關(guān)作用，使主梁之前所存在的裂縫得到全面修復(fù)，延長了主梁的使用年限；(3)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可操作性強、工期短。

通過綜合分析與比對可知，每種加固方式都有自己的獨特之處，當(dāng)然也存在些許不足。本橋梁工程加固時，要求不影響車輛的正常通行，因此優(yōu)先選擇粘貼鋼板法和體外預(yù)應(yīng)力加固法進(jìn)行施工。但是相比于粘貼鋼板法而言體，體外預(yù)應(yīng)力法更為實用，原因在于在施工中無需將原主梁部位周圍的混凝土保護層鑿除，對主梁造成的損傷比較小，可以最大化地保護主梁免受外力的作用，提高主梁的荷載能力，經(jīng)濟性更佳。而且體外預(yù)應(yīng)力加固法很適合在小跨徑梁式橋加固工程中應(yīng)用，特別是對于需要提高荷載等級或者承載能力不足的橋梁工程，外預(yù)應(yīng)力加固是最佳的加固方法。綜合考慮后最終選取體外預(yù)應(yīng)力加固法作為本次加固施工的加固方式。

3體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)

3.1體外預(yù)應(yīng)力鋼筋參數(shù)及布置

(1)預(yù)應(yīng)力鋼束：預(yù)應(yīng)力鋼束的布置主要采取折線布置方式，即在每片梁腹板的兩邊各張拉幾根具有一定黏性與強度的鋼絞線，錨下張拉控制應(yīng)力為1 116 MPa，具體見圖2。

(2)轉(zhuǎn)向塊：可在距離梁端一定距離處設(shè)置轉(zhuǎn)向塊，并根據(jù)工程所需將其進(jìn)行合理布排[2]。

(3)錨固端：首先需將梁端部位的混凝土橋面進(jìn)行徹底清除，然后將梁端頂面上角鑿成與斜筋相垂直的斜面，其次使用角鋼制作的墊座將其固定在事先準(zhǔn)備就位的梁端斜面上。最后使用一定強度的混凝土將錨頭部分進(jìn)行徹底封閉。

圖2　體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計圖

3.2預(yù)應(yīng)力錨固箱加固和固定方法

采用一定厚度與強度的鋼板根據(jù)設(shè)計圖紙的相關(guān)需求對預(yù)應(yīng)力錨固箱進(jìn)行加固處理，但在加固中要注意事先在錨固箱內(nèi)預(yù)留出鋼絞線孔道以便后期混凝土澆筑工作的順利開展。施工人員要檢查張拉鋼絞線是否按照要求設(shè)計到位，這樣才能確保錨固箱免受變形的困擾。通過在梁體上設(shè)計一定的鉆出孔，并使用較高強度的鋼筋穿過梁體，將兩個錨固箱固定在梁腹板兩邊，并在梁體周圍的空隙內(nèi)注入環(huán)氧樹脂，填補梁體與鋼筋之間的縫隙。

3.3安裝轉(zhuǎn)向裝置

鋼絞線的設(shè)置與梁的彎矩圖基本相吻合，所以根據(jù)工程實際所需以及設(shè)計圖紙的相關(guān)要求可將鋼絞線的轉(zhuǎn)向?qū)Лh(huán)直接安裝在梁體上。但在施工中一些不容忽視的細(xì)節(jié)應(yīng)值得重視，具體總結(jié)如下：

(1)由于轉(zhuǎn)向裝置對溫度的要求較為嚴(yán)格，因此在安裝中應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行而且要將溫度控制在一定范圍內(nèi)。燒接前還需對鋼板進(jìn)行預(yù)熱處理。

(2)轉(zhuǎn)向裝置與橫梁之間應(yīng)使用強度較高的螺栓進(jìn)行連接。螺栓的選擇要慎重，不管是組成材料還是長度都應(yīng)嚴(yán)格控制。螺栓孔的成孔直徑要大于螺栓自身的直徑，這樣便于施工順利進(jìn)行。成孔時可采取直接鉆成孔方式進(jìn)行。螺栓施療前需對鋼板表面進(jìn)行徹底處理，包括除銹、打毛等，確保鋼板表面的摩擦系數(shù)達(dá)到施工之所需。在安裝螺栓時要注意不能在雨天作業(yè)，螺栓對空氣濕度的要求較高，應(yīng)盡可能在干燥環(huán)境下進(jìn)行。待安裝完畢后還須進(jìn)行必要的檢查工作。

(3)轉(zhuǎn)向裝置安裝完成后應(yīng)確保底面處于水平狀態(tài)，以避免預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)下滑或者不良現(xiàn)象。

(4)在張拉預(yù)應(yīng)力前需進(jìn)行認(rèn)真、全面地校對，待準(zhǔn)確無誤后方可進(jìn)行施工。

3.4預(yù)應(yīng)力筋穿束及張拉

根據(jù)工程實際所需將鋼絞線穿過導(dǎo)向環(huán)，并將夾片安裝在錨固箱周圍。

預(yù)應(yīng)力鋼絞線一般采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，由于這種方式強度較高，張拉可采用對稱模式進(jìn)行，而且預(yù)應(yīng)力鋼材的張拉應(yīng)做好嚴(yán)格的控制，尤其是伸長量和張拉力[3]。張拉力的實際數(shù)值可借助壓力表刻度直觀的表示出來。張拉時實測預(yù)應(yīng)力鋼材的伸長量與理論伸長量進(jìn)行比對，若存在異常應(yīng)進(jìn)行及時修復(fù)，將損失降至最低。在檢驗中以下工作是必不可少的環(huán)節(jié)：

(1)在施工現(xiàn)場應(yīng)準(zhǔn)備經(jīng)審批合格的張拉程序說明以及現(xiàn)場施工操作流程書；

(2)施工現(xiàn)場必須配備有專業(yè)的操作人員；

(3)錨具應(yīng)嚴(yán)格按照流程進(jìn)行，檢查混凝土強度是否滿足設(shè)計所需；

(4)施工現(xiàn)場應(yīng)確保全體操作人員到位而且應(yīng)配備相應(yīng)的安全防護措施。

在張拉過程中應(yīng)借助一定的工具如千斤頂，將拉力作用線與預(yù)應(yīng)力筋的軸線保持在相同水平線上。預(yù)應(yīng)力筋采取應(yīng)力控制法進(jìn)行有效控制，并對所獲取的伸長值進(jìn)行準(zhǔn)確校對，理論值與實際伸長值之間的誤差應(yīng)控制在可操控范圍內(nèi)。直線筋的張拉力大小取張拉端張拉力。兩端張拉取消筋可以按照下述公式進(jìn)行計算：

(1)

式中：Pp——預(yù)應(yīng)力平均張拉力；

P——預(yù)應(yīng)力筋張拉端的張拉力大小，單位：N；

x——張拉端和計算截面孔道的長度，單位：m；

θ——張拉端和計算截面曲線孔道部分切線夾角的和值，單位：rad；

μ——孔道每1m局部差對摩擦的影響系數(shù)，其數(shù)值如表1所示。

表1　系數(shù)數(shù)值表

在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中首先應(yīng)適當(dāng)調(diào)整初應(yīng)力，伸長值應(yīng)從初應(yīng)力階段進(jìn)行測量較為準(zhǔn)確。預(yù)應(yīng)力筋實際伸長量應(yīng)等于量測伸長值與初應(yīng)力伸長值之和。為了避免在張拉過程中梁體出現(xiàn)不同程度的彎曲現(xiàn)象，在施工中可借助一定強度的鋼絞線對其進(jìn)行固定。在張拉過程中施工人員應(yīng)時刻關(guān)注轉(zhuǎn)向?qū)Лh(huán)與錨固箱之間是否有異?，F(xiàn)象出現(xiàn)，待確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行后續(xù)階段的施工。張拉工作完成后要使用特制的鋪具將錨具蓋上，并在外圈注滿環(huán)氧樹脂做好保護措施，為了避免錨具受潮或者生銹，可將其儲存在干燥的環(huán)境中，并使用防腐性能高的材料對其進(jìn)行保護。此外，在錨固箱與穿過鋼絞線的孔道部位也應(yīng)注滿環(huán)氧樹脂，將存在的孔隙進(jìn)行徹底填充，這樣才能最大限度地確保施工環(huán)節(jié)處在可控制范圍內(nèi)，為后續(xù)階段施工的順利實施奠定基礎(chǔ)。

4結(jié)語

本文以實際工程為例，對體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)在簡支T梁橋的應(yīng)用進(jìn)行了探討，實踐證明，使用體外預(yù)應(yīng)力對T梁橋進(jìn)行加固是一種經(jīng)濟、合理的加固措施。本工程施工后施工效果良好，極限狀態(tài)下主梁的抗彎能力在錨固端處、L/4、跨中處分別提升了14%、6.07%和12%，錨固端、梁端和轉(zhuǎn)向塊處極限狀態(tài)下的抗剪能力分別提升了3%、32.8%和6.5%，橋梁結(jié)構(gòu)強度達(dá)到了設(shè)計安全值范圍，加固效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[1]張勁泉，徐粵，葉見曙，等.公路舊橋驗算分析指南及工程實例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]JTG/TJ22-2008，公路橋梁加固設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTG/TJ23-2008，公路橋梁加固施工技術(shù)規(guī)范[S].

摘要：文章結(jié)合南疆某簡支T梁工程實例，對比分析了粘貼鋼板加固、粘貼碳纖維加固和體外預(yù)應(yīng)力加固三種橋梁加固方法的優(yōu)劣，對簡支T梁橋體外預(yù)應(yīng)力加固的施工技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

Externally Prestressed Reinforcement Construction Technology of Simply Supported T-beam Bridges

ZHANG Zan-hao

(Xinjiang Nanfang Road and Bridge Engineering Co.，Ltd.，Kashi，Xinjiang，830000)

Abstract：Combining the engineering examples of a simply supported T beam in southern Xinjiang，this article compared and analyzed the advantages and disadvantages of three bridge reinforcement methods，i.e.steel plate pasting reinforcement，carbon fiber pasting reinforcement and externally prestressed reinforcement，and discussed the construction technology application of externally prestressed rein-forcement for simply supported T-beam bridges.

Keywords：Simply supported T beam；Externally prestressed reinforcement；Construction technology

作者簡介

中圖分類號：U448.21+7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.020

文章編號：1673-4874(2016)04-0071-04

收稿日期：2016-03-25

張贊豪(1979—)，工程師，主要從事橋梁施工管理工作。