體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在梁式橋梁加固中的應(yīng)用

蔣伍林

摘要：橋梁工程是十分重要的交通樞紐，隨著橋梁工程使用年限的增加，容易出現(xiàn)剛度不足、承載力降低等問(wèn)題，對(duì)此，在橋梁工程施工中，需選擇有效的加固施工技術(shù)，其中，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的加固效果比較好。本文首先對(duì)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹，然后對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)梁式橋梁工程施工中體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)探究，以期為實(shí)際工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：梁式橋梁;體外預(yù)應(yīng)力技術(shù);結(jié)構(gòu)體系

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)屬于后張預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)，在體外預(yù)應(yīng)力施工中，需在軸承結(jié)構(gòu)主體外部拉伸的鋼筋進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施工。梁式橋梁工程施工通過(guò)應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)，能夠有效提升混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，橋梁工程受到體外預(yù)應(yīng)力鋼筋所施加的壓力后，彎矩即可產(chǎn)生橫截面拉應(yīng)力，能夠有效抵消橋梁工程受力，進(jìn)而提升橋梁工程承載力。[1]因此，本文將對(duì)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在梁式橋梁工程施工中的應(yīng)用方式進(jìn)行深入研究。

1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)結(jié)構(gòu)

1.1 體外預(yù)應(yīng)力梁

在梁式橋梁工程施工中，體外預(yù)應(yīng)力加固施工需在橋梁工程整體結(jié)構(gòu)以外設(shè)置加固結(jié)構(gòu)，通過(guò)利用多根絞線(xiàn)，即可達(dá)到良好的加固效果。在體外預(yù)應(yīng)力施工中，可在橋梁工程側(cè)梁下半部分設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力鋼絲索，同時(shí)需安裝連接構(gòu)件，使得各類(lèi)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，進(jìn)而提升橋梁工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。體外預(yù)應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)體系

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)體系可分為兩種類(lèi)型：第一，無(wú)粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系;第二，有粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系。其中，無(wú)粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系是由單根無(wú)粘結(jié)筋平行組成的，并深入至HDPE管，通過(guò)應(yīng)用灌漿施工技術(shù)，即可有效固結(jié)無(wú)粘結(jié)鋼筋。在粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系施工中，在鋼管中設(shè)置鋼紋線(xiàn)孔道能夠產(chǎn)生張力作用，強(qiáng)度較高，利用水泥材料進(jìn)行灌注施工后，即可達(dá)到良好的加固效果。

2 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

在橋梁工程施工中，與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)相比，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的加固效果更好，能夠有效提升基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建筑材料的荷載重力反應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)重力結(jié)構(gòu)中，可提高橋梁工程結(jié)構(gòu)件基礎(chǔ)承載能力，避免結(jié)構(gòu)形變，保證橋梁工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用中，無(wú)須應(yīng)用內(nèi)部管道加固方式，在外力結(jié)構(gòu)支撐作用下，即可達(dá)到良好的結(jié)構(gòu)加固效果，提升施工材料之間的結(jié)合效果，同時(shí)使安裝施工方式便捷，提升張拉施工效果，無(wú)須應(yīng)用大型機(jī)械設(shè)備即可完成相關(guān)作用。[2]體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)主要被應(yīng)用于較短橋梁工程施工中，在較短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到良好的加固效果，并且施工成本較低。

體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)的加固方式靈活便捷，在維護(hù)管理中，可結(jié)合實(shí)際情況更換相關(guān)構(gòu)件，如果橋梁工程外部結(jié)構(gòu)件受到外界環(huán)境因素的影響而損壞，體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)可在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)重心進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，便于對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行安裝施工。在體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，施工工序簡(jiǎn)單，同時(shí)在橋梁工程日常維護(hù)管理中的施工操作方式便捷，可有效提升橋梁工程運(yùn)行穩(wěn)定性。[3]

體外預(yù)應(yīng)力橋梁工程結(jié)構(gòu)鋼筋基礎(chǔ)的穩(wěn)定性比較強(qiáng)，同時(shí)混凝土截面協(xié)調(diào)效果好，因此不容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)形變問(wèn)題，并且預(yù)應(yīng)力約束分布均勻度比較高，結(jié)構(gòu)重心不會(huì)發(fā)生偏移，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)變化幅度進(jìn)行有效控制，避免橋梁工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。如果橋梁工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，并且在外力作用下逐漸向基礎(chǔ)承壓結(jié)構(gòu)延伸，在體外預(yù)應(yīng)力作用下，依然不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)閉合效果造成較大的不良影響，能夠?yàn)闃蛄汗こ探Y(jié)構(gòu)裂縫處理提供充足空間。

與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力鋼束的長(zhǎng)度比較大，通過(guò)應(yīng)用連續(xù)跨步束，即可有效提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及密實(shí)度，提升剛度標(biāo)準(zhǔn)，避免結(jié)構(gòu)突出;提升預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)使用方式的靈活度，避免發(fā)生嚴(yán)重的橋梁工程病害。

橋梁工程預(yù)應(yīng)力箱梁施工需對(duì)橋梁工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上部進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，否則可能會(huì)對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成較大的不良影響，如果橋梁工程重力比較大，則會(huì)影響橋梁工程基礎(chǔ)施工質(zhì)量。對(duì)此，利用體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，在梁體內(nèi)設(shè)置體外束，能夠避免與橋梁工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)直接接觸，通過(guò)間接基礎(chǔ)，即可達(dá)到良好的加固效果。[4]

橋梁工程體外束可采用直線(xiàn)設(shè)計(jì)形式，部分橋梁工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)比較特殊，可采用折線(xiàn)設(shè)計(jì)形式，束形簡(jiǎn)單，在與轉(zhuǎn)向塊進(jìn)行連接時(shí)，摩擦范圍比較小，能夠有效降低預(yù)應(yīng)力損失，將預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)壓力控制在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向塊配筋形式如圖2所示。

3 梁式橋梁加固中體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在梁式橋梁工程施工中，通過(guò)應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，能夠有效提升橋梁工程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載能力，同時(shí)可對(duì)合力束界進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。[5]通過(guò)調(diào)節(jié)合力束界，即可促進(jìn)橋梁工程結(jié)構(gòu)承載能力的提升，因此，對(duì)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用方案進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，即可提高橋梁工程使用效果。

3.2 加固處理及計(jì)算

在部分橋梁工程施工中，地質(zhì)環(huán)境高度比較大，應(yīng)力結(jié)構(gòu)施工效果比較差，并且容易受到拱頂沉降影響，另外，水壓變化、圍巖壓力也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生形變。對(duì)此，在預(yù)應(yīng)力加固施工中，必須采取有效措施提升支護(hù)受力均衡效果。

在橋梁工程設(shè)計(jì)中，低矮區(qū)域的地下水對(duì)橋梁工程結(jié)構(gòu)的影響比較大，如果巖層與隧道軸線(xiàn)夾角有褶皺，則需采取有效的處理措施，同時(shí)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，保證預(yù)應(yīng)力加固施工效果。

在對(duì)橋梁工程加固體系進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算分析時(shí)，活荷載所造成的水平筋拉力增量可作為變量，同時(shí)應(yīng)切斷水平筋，計(jì)算公式如下：

式（1）中，ω1為從墊板中心至支座中心范圍的活載彎矩面積，q為活載集度。

式（2）中，ω2指的是在兩墊板中心范圍中的活載彎矩圖面積，l3指的是從墊板中心到支座中心之間的距離。

式（3）中，y1指的是在單位力作用下所造成的梁端彎矩圖面積重心豎向坐標(biāo)，Xc指的是ω1重心至墊板中心之間的距離。

在式（4）和式（5）中，A指的是斜筋與水平筋拉力之間的比值，f指的是滑塊與梁底的摩擦系數(shù);α指的是斜筋與梁縱軸之間的夾角。

3.3 體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁的施工工藝

3.3.1 體外預(yù)應(yīng)力在加固橋梁中的相關(guān)規(guī)定

在梁式橋梁工程施工中，體外預(yù)應(yīng)力加固體系是由連續(xù)剛構(gòu)橋、鋼筋混凝土、連續(xù)梁、混凝土簡(jiǎn)支梁所組成的，在該體系中還有多個(gè)結(jié)構(gòu)件，包括預(yù)應(yīng)力鋼筋、錨固設(shè)備、梁體、滑塊、減震裝置等。預(yù)應(yīng)力筋包括鋼絲、鋼絞線(xiàn)等。對(duì)于體外索，要求具有良好的抗腐蝕性能，且具有可更換性，如果體外索自由長(zhǎng)度在1 m以上，則需采用定位裝置進(jìn)行固定。對(duì)于轉(zhuǎn)向裝置，需綜合考慮預(yù)應(yīng)束根數(shù)、體外預(yù)應(yīng)力大小以及普通鋼筋間距等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。[6]轉(zhuǎn)向裝置是由鋼部件以及現(xiàn)澆混凝土塊體所組成的，要求與梁體緊密連接?；炷翝仓┕ば钁?yīng)用標(biāo)號(hào)C25以上的混凝土。

3.3.2 體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁施工

體外預(yù)應(yīng)力極限應(yīng)力影響因素較多，包括預(yù)應(yīng)力大小、荷載形式、配筋指標(biāo)以及荷載種類(lèi)等。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)荷載對(duì)體外預(yù)應(yīng)力應(yīng)變?cè)隽康挠绊懕容^大，要求根據(jù)橋梁工程建設(shè)要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有良好的抗裂性能以及延展性能，在結(jié)構(gòu)體系極限荷載下，要求將極限應(yīng)力控制在結(jié)構(gòu)體系屈服強(qiáng)度以下。在活荷載影響下，在彎折節(jié)點(diǎn)處，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體外索可發(fā)生滑移。另外，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)極限應(yīng)力應(yīng)控制在體外預(yù)應(yīng)力連續(xù)結(jié)構(gòu)極限應(yīng)力增量以上。

3.4 施工控制要點(diǎn)

橋梁工程加固施工需妥善解決承載力降低問(wèn)題，確保合力束界一致性，保證橋梁工程加固施工效果，施工控制要點(diǎn)如下：①根據(jù)橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理布控預(yù)應(yīng)力束，提升束結(jié)構(gòu)應(yīng)力基礎(chǔ)，保證合力束界數(shù)據(jù)相同，避免在橋梁工程加固施工完成后由于合力束界控制不當(dāng)而影響結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。②橋梁工程橋跨結(jié)構(gòu)以及跨中結(jié)構(gòu)共有3個(gè)斷面，在斷面處理中，應(yīng)綜合考慮橫向分布情況在各個(gè)斷面上設(shè)置3個(gè)控制點(diǎn)，同時(shí)需設(shè)置9個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀以及全站儀對(duì)結(jié)構(gòu)變化情況進(jìn)行檢測(cè)分析，在獲得完善的檢測(cè)數(shù)據(jù)后，即可將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳遞至傳感器中，對(duì)合力束界繼續(xù)進(jìn)行有效控制，保證預(yù)應(yīng)力加固效果。③橋梁工程預(yù)應(yīng)力張拉施工應(yīng)對(duì)不同束整束的受力情況進(jìn)行有效控制，避免單一束條受力過(guò)大而對(duì)預(yù)應(yīng)力加固效果造成不良影響，需要注意，在單根結(jié)構(gòu)張拉施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)同束基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。④橋梁工程預(yù)應(yīng)力加固施工盡量采用智能化施工技術(shù)，嚴(yán)格控制作業(yè)方向，避免在預(yù)應(yīng)力施工中出現(xiàn)質(zhì)量隱患，進(jìn)而對(duì)橋梁工程加固施工效果造成不良影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)梁式橋梁工程施工中體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)探究。在橋梁工程加固施工中，體外預(yù)應(yīng)力是比較常見(jiàn)的加固施工技術(shù)，能夠有效提升橋梁工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)橋梁工程的使用年限。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用需綜合考慮橋梁工程適用性以及加固條件，對(duì)加固數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，確保滿(mǎn)足預(yù)期設(shè)計(jì)要求，保證橋梁工程加固施工效果。

（責(zé)任編輯：陳之曦）

參考文獻(xiàn)：

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