有關(guān)道路橋梁預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的施工探討
摘要：隨著公路交通運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，公路橋梁負(fù)荷日趨加重，加之舊橋部分老化、破損或受原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的限制，己不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊�，迫切需要采用加固補(bǔ)強(qiáng)等方法來(lái)恢復(fù)、提高其承載力。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公路橋梁預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)進(jìn)行了論述。
關(guān)鍵詞：道路橋梁,預(yù)應(yīng)力,加固技術(shù),施工
隨著我國(guó)交通量的不斷增加，為了適應(yīng)道路運(yùn)輸載重量的要求，橋梁的混凝土開(kāi)裂、剝落、衰變及鋼筋的銹蝕對(duì)橋梁造成的損害日益嚴(yán)重，需要大量的資金來(lái)維護(hù)或改建，以便提高既有橋梁的耐久性、及對(duì)缺陷橋梁進(jìn)行加固改造，延長(zhǎng)其使用壽命。加上有一部分按照原有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建成的橋梁，已經(jīng)不能滿足正常使用要求，嚴(yán)重阻礙了交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。將舊橋危橋拆除重建的想法既不現(xiàn)實(shí)也不科學(xué)，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是種十分有效的加固方法。
一、預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
道路橋梁結(jié)構(gòu)由于自然老化、自然災(zāi)害、設(shè)計(jì)局限、施工缺陷等因素，造成現(xiàn)有橋梁中的相當(dāng)一部分滿足不了使用上的要求。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，采用合理可靠的橋梁加固措施，對(duì)恢復(fù)和提高橋梁的承載能力及通行能力，延長(zhǎng)其使用壽命，是非常合理和可行的。由于體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有結(jié)構(gòu)自重輕，預(yù)應(yīng)力筋替換、維護(hù)方便，預(yù)應(yīng)力損失和應(yīng)力變化幅度小，施工工期短，混凝土質(zhì)量高、耐久性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的加固維修。
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是后張預(yù)應(yīng)力體系的分支，它對(duì)置于混凝土截面之外的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉，通過(guò)體外筋端部錨具和轉(zhuǎn)向塊將預(yù)應(yīng)力傳遞給混凝土結(jié)構(gòu)。利用張拉預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的內(nèi)力來(lái)抵消控制截面處的部分或全部恒、活載內(nèi)力，實(shí)質(zhì)是對(duì)結(jié)構(gòu)控制截面進(jìn)行卸載。相對(duì)于被動(dòng)加固法的增大截面加固法，體外預(yù)應(yīng)力加固梁身自重增加很少，但能大幅改善調(diào)整原有結(jié)構(gòu)的受力情況，提高承載力和抗裂性能，對(duì)橋墩及基礎(chǔ)影響也很小，同時(shí)對(duì)橋梁交通影響不大，可節(jié)約維護(hù)成本。體外預(yù)應(yīng)力加固法與梁底增焊鋼筋的加固方法相比，不需清鑿混凝土保護(hù)層，且損傷梁體程度小，加固時(shí)不影響或少影響交通，能恢復(fù)或提高橋梁的荷載等級(jí)，經(jīng)濟(jì)效果較明顯。但對(duì)于梁體外的預(yù)應(yīng)力筋和有關(guān)構(gòu)件應(yīng)采取切實(shí)有效的防護(hù)措施，否則在溫度、腐蝕等外界條件作用下，容易造成預(yù)應(yīng)力筋斷裂而使加固工作失敗體外預(yù)應(yīng)力加固梁式橋，實(shí)際上亦是改變了梁體原有受力體系的加固方法。
二、體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的構(gòu)造分析
體外預(yù)應(yīng)力是指對(duì)布置于承載橋梁結(jié)構(gòu)本體之外的鋼束張拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。設(shè)計(jì)時(shí)僅把鋼束錨固區(qū)域設(shè)置在橋梁結(jié)構(gòu)本體內(nèi)，轉(zhuǎn)向塊可設(shè)在橋梁結(jié)構(gòu)體內(nèi)或體外。體外預(yù)應(yīng)力體系由管道、漿體、錨固體系和轉(zhuǎn)向塊等部件組成。體外預(yù)應(yīng)力體系分為有粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系和無(wú)粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系是將鋼鉸線穿入孔道內(nèi)張拉后，向孔道管內(nèi)灌入水泥漿。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系的體外預(yù)應(yīng)力筋由若干單根無(wú)粘結(jié)筋組成，將單根無(wú)粘結(jié)筋平行穿入管內(nèi)，張拉之前，先完成灌漿工藝，由水泥漿體將單根無(wú)粘結(jié)筋定位，張拉后不灌入水泥漿。根據(jù)受力特點(diǎn)，分為施加預(yù)應(yīng)力階段和活載作用兩個(gè)階段進(jìn)行受力分析。
體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在施加預(yù)應(yīng)力階段，應(yīng)先將斜筋和滑塊相連接，并固定斜筋的上端。在張拉水平拉桿時(shí)，由于千斤頂?shù)耐屏ψ饔檬沽旱變苫瑝K產(chǎn)生相向滑動(dòng)，這種相向滑動(dòng)使得斜筋受拉并伸長(zhǎng)，同時(shí)在滑塊和墊板之間產(chǎn)生豎向壓力和摩阻力，直到水平筋的拉力達(dá)到控制值。斜筋產(chǎn)生的水平分力對(duì)梁施加偏心壓力，其豎向分力則對(duì)梁體產(chǎn)生負(fù)彎矩和負(fù)剪力。這些預(yù)加力使梁體內(nèi)儲(chǔ)備了一部分抗力，可以部分地抵消外荷載引起的內(nèi)力，從而提高原梁的承載力。
體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在活載作用階段， 活載作用時(shí)，梁體產(chǎn)生彎曲變形，水平筋中的拉力增加，并使斜筋中的拉力、墊塊對(duì)梁體的正壓力及摩阻力均發(fā)生變化。由于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式不同，特別是滑塊的構(gòu)造不同，直接影響各拉桿內(nèi)力增量間的平衡關(guān)系。如按有水平移動(dòng)的滑塊或無(wú)滑塊情況考慮，取滑塊為隔離體，受力圖1示如圖所示。
圖中：為水平筋中的拉力增量;為斜筋中的拉力增量;為滑塊與梁底墊塊間的摩阻力，;為斜筋力的豎向分力，;為斜筋力的水平分力，;為梁底對(duì)滑塊的正壓力，。
三、預(yù)應(yīng)力技術(shù)在加固橋梁中的應(yīng)用研究
1、體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)特點(diǎn)
(1)能在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)檢測(cè)、維護(hù)和更換;
(2)由于預(yù)應(yīng)力筋與混凝土截面分離，既提高了混凝土本身的施工質(zhì)量，又方便了預(yù)應(yīng)力束的施工，并提高其施工質(zhì)量;
(3)束形簡(jiǎn)單，摩阻損失小。
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有以上特點(diǎn)，而在橋梁加固中得到廣泛的應(yīng)用。
2、體外預(yù)應(yīng)力加固方法的特點(diǎn)
(1)能較大幅度提高或恢復(fù)橋梁的承載能力和抗裂度，加固效果明顯;
(2)施工工藝簡(jiǎn)單、干擾交通少、所需設(shè)備簡(jiǎn)單、人力投入少、工期短、經(jīng)濟(jì)效益明顯;
(3)對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷小，可做到不影響橋下凈空，不增加路面標(biāo)高;
(4)預(yù)應(yīng)力加固需要可靠的防腐措施。
3、體外預(yù)應(yīng)力加固的力學(xué)特點(diǎn)
預(yù)應(yīng)力加固方法實(shí)際上是使被加固結(jié)構(gòu)成為一個(gè)帶柔性拉桿的超靜定結(jié)構(gòu)，與其它預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或其它加固方法不同的是：加固前橋梁所受荷載由恒載和活載組成，預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制值是在上部結(jié)構(gòu)的恒載作用下讀取的，即帶載加固。因此在計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋荷載作用下的應(yīng)力增量時(shí)，應(yīng)僅考慮活載的作用。另外應(yīng)注意，對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，任一截面處預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變變化值與該處混凝土的應(yīng)變變化值并不相同，類似于無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。
4、體外預(yù)應(yīng)力加固的適用條件
(1)適用于正截面受彎承載力不足或正截面受拉區(qū)鋼筋銹蝕的情況;
(2)適用于梁抗彎剛度不足導(dǎo)致梁的撓度超過(guò)規(guī)范規(guī)定，或由于剛度太小導(dǎo)致梁的受拉區(qū)裂縫寬度超過(guò)規(guī)范規(guī)定的情況;
(3)適用于梁斜截面受剪承載力不足的情況。
5、體外預(yù)應(yīng)加固的不利影響
(1)預(yù)應(yīng)力加固完成后，由于預(yù)應(yīng)力的作用，原來(lái)的受力結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不同程度的卸載現(xiàn)象，導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)發(fā)生內(nèi)力重分布;
(2)由于預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)向塊和錨固點(diǎn)處存在巨大的集中力，這一區(qū)域的受力比較復(fù)雜;
(3)由于預(yù)應(yīng)力筋一般布置在梁截面外部，易受環(huán)境(如溫度、酸性氣體等)的影響;
(4)預(yù)應(yīng)力筋一般不能參與局部裂縫控制。
四、預(yù)應(yīng)力施工中的主要問(wèn)題及措施探討
目前國(guó)內(nèi)外使用的預(yù)應(yīng)力鋼材主要有預(yù)應(yīng)力鋼筋、冷拉預(yù)應(yīng)力鋼絲、矯直回火預(yù)應(yīng)力鋼絲、低松弛預(yù)應(yīng)力鋇絲、普通預(yù)應(yīng)力鋼絞線和低松馳鋼絞線。作為預(yù)應(yīng)力鋼材最新一代的低松弛鋼絞線由于其高效、經(jīng)濟(jì)、施工方便，使建筑構(gòu)件輕薄美觀的優(yōu)點(diǎn)，已大量使用在世界各地最重要的建筑工程上。
預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力體系的設(shè)計(jì)通常采用OVM和XYM體系。該體系的頂板縱向鋼束均采用平豎彎曲相結(jié)合的空間曲線，集中錨固在腹板頂部承托上，底板鋼束則盡可能靠近齒板處錨固。這樣布束使預(yù)應(yīng)力具有最大力臂，較大限度地發(fā)揮力學(xué)效應(yīng)，同時(shí)由于布束接近腹板，預(yù)應(yīng)力以較短的傳力路線分布在全截面上。頂板束錨固在承托中，不需設(shè)置復(fù)雜的齒板構(gòu)造，使箱梁尺寸完全由受力需要來(lái)控制設(shè)計(jì)。頂、底板鋼束在平面上按同樣的S線型錨固于設(shè)計(jì)位置上，可以消除集中錨固點(diǎn)產(chǎn)生的橫向力。
在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先假定預(yù)應(yīng)力鋼束的分布圖，而后進(jìn)行應(yīng)力分析，檢查結(jié)構(gòu)各部截面的應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)不能滿足要求時(shí)，則改進(jìn)鋼束分布，經(jīng)過(guò)多次嘗試，得到滿足應(yīng)力要求的鋼束分布圖。所以說(shuō)，預(yù)應(yīng)力筋、預(yù)應(yīng)力錨具和預(yù)應(yīng)力體系設(shè)計(jì)歸根到底取決于預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的分析。
后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕問(wèn)題及與結(jié)構(gòu)混凝土的共同工作問(wèn)題是通過(guò)壓力灌漿充滿預(yù)應(yīng)力筋預(yù)埋孔道和預(yù)應(yīng)力筋之間的空隙予以解決的，當(dāng)后張預(yù)應(yīng)力筋處于非水平的傾斜狀態(tài)、多跨度彎曲狀態(tài)時(shí)，水泥漿的泌水蒸發(fā)后形成無(wú)水泥漿存在的空間，使該處的預(yù)應(yīng)力筋失去保護(hù)。而預(yù)應(yīng)力筋在高應(yīng)力狀態(tài)下對(duì)腐蝕損壞相當(dāng)敏感，造成預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕部位斷面缺損，影響預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全和耐久性。因此，灌裝質(zhì)量的好壞直接影響到預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕性能、預(yù)應(yīng)力構(gòu)筑物的安全性能和耐久性能。所以在預(yù)應(yīng)力孔道灌漿施工中，針對(duì)質(zhì)量問(wèn)題：孔道中水泥漿未充滿，有空隙;水泥漿體硬化后收縮與孔道壁分離;水泥漿硬化后強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求進(jìn)行重點(diǎn)解決。
五、結(jié)語(yǔ)
公路橋梁加固技術(shù)是21世紀(jì)公路橋梁施工領(lǐng)域發(fā)展速度最快、用途最廣的一門科學(xué)技術(shù)�，F(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)推動(dòng)了土木工程的快速發(fā)展，同時(shí)也為橋梁加固提載提供了一種主動(dòng)的、有效的技術(shù)和方法，較大幅度地提高了構(gòu)件的承載能力。因而加速我國(guó)舊橋加固或改造技術(shù)的研究，不僅能更好地、及時(shí)地為現(xiàn)代交通運(yùn)輸服務(wù)，而且能為國(guó)家?guī)?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的發(fā)展前景。
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