公路橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)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(jì)的飛速發(fā)展,公路運(yùn)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(yùn)是確保交通安全的關(guān)鍵。然而橋梁結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)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(zāi)害、自然老化,造成現(xiàn)有橋梁中的相當(dāng)一部分已經(jīng)滿足不了正常營運(yùn)的要求。工程實(shí)踐表明,可采用合理可行的加固措施,提高或恢復(fù)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(fèi)用僅為新建橋梁費(fèi)用的 10%～20%。因此,如何選擇有效的施工技術(shù)加固現(xiàn)有橋梁,具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

在現(xiàn)在的加固技術(shù)中,體外預(yù)應(yīng)力加固由于其具有施工簡單、快速、不增加結(jié)構(gòu)自重等優(yōu)點(diǎn),被大量應(yīng)用于舊橋加固。本文將結(jié)合具體的工程實(shí)例,介紹體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)。

2 體外預(yù)應(yīng)力的概念及優(yōu)點(diǎn)

2.1 體外預(yù)應(yīng)力的概念

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),是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要分支之一。采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí),體外預(yù)應(yīng)力束一般采用折線形按在梁的跨中部分,體外預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力技術(shù)加固某簡支梁結(jié)構(gòu)的示意圖如圖 1所示。

圖1 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固示意圖

2.2 體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

相對于傳統(tǒng)的體力預(yù)應(yīng)力加固技術(shù),體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)施工快速、簡單,無需改變加固梁截面大小,不會(huì)增加結(jié)構(gòu)自重;

(2)在施工過程中,無需封鎖交通,原結(jié)構(gòu)仍可使用,減少交通壓力;

(3)由于預(yù)應(yīng)力束基本不占用結(jié)構(gòu)空間,不會(huì)因?yàn)轭A(yù)留孔的存在而降低結(jié)構(gòu)的承載能力;

(4)由于預(yù)應(yīng)力筋在混凝土截面之外,能方便檢查人員對預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行維護(hù)和應(yīng)力檢測;

(5)體外預(yù)應(yīng)力束在工廠定制,質(zhì)量有保證。

3 體外預(yù)應(yīng)力加固組件

從加固所用主要材料看,有高強(qiáng)螺紋鋼筋,預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲束鋼絲繩及型鋼等,從構(gòu)造形式主要有下幾個(gè)部分組成:(1)水平筋,亦稱水平拉桿,多由高強(qiáng)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(yù)應(yīng)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(qiáng)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(zhuǎn)向塊,當(dāng)斜筋和水平筋不為一根鋼筋時(shí),需用轉(zhuǎn)向塊將其聯(lián)結(jié)為一體。轉(zhuǎn)向塊的基本作用是斜筋和水平筋之間力的傳遞、固定折點(diǎn)位置并使斜筋的堅(jiān)向分力位于梁底,與錨固點(diǎn)處的堅(jiān)向力一起作用,使梁端部位形成負(fù)彎矩和負(fù)剪力;(4)錨固點(diǎn),有梁端錨固、梁頂錨固和腹板錨固;(5)U型承托,當(dāng)采用型鋼作為斜桿或以一根鋼絲繩取代斜筋和水平筋時(shí),利用距離梁端的第一個(gè)橫隔板作為堅(jiān)向支承,并兼作斜筋和水平筋的轉(zhuǎn)折點(diǎn);(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(shù)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(yù)應(yīng)力筋的軸線施加預(yù)應(yīng)力的方法。預(yù)應(yīng)力筋沿梁底布置,到梁的兩端設(shè)導(dǎo)向塊處彎起,錨固于梁的腹板或頂板上,再沿梁底或梁頂進(jìn)行縱向張拉,以減小梁端的剪力。縱向張拉錨固構(gòu)造主要有兩種,梁頂錨固和腹板錨固。體外預(yù)應(yīng)力筋張拉方法與其構(gòu)造形式有關(guān),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(yù)制混凝土梁的相同。

4.2 豎向張拉法

當(dāng)采用縱向張拉法施工不便時(shí),應(yīng)考慮采用豎向張拉法進(jìn)行。此法采用在梁肋兩側(cè)對稱布置預(yù)應(yīng)力筋,在預(yù)應(yīng)力筋中部豎直向上張拉,在梁肋底部用小橫梁固定預(yù)應(yīng)力。

4.3 橫向收緊張拉法

梁的兩端間隙很小時(shí),一般采用橫向收緊張拉法。此法是在梁的下緣安裝預(yù)應(yīng)力筋,在距梁端適當(dāng)距離處彎起并通過支點(diǎn)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(yù)應(yīng)力筋用撐棍分成若干段。在每段中點(diǎn)用拉緊螺栓將兩對稱筋收緊,拉桿即產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。

4.4 預(yù)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(dāng)為了防止梁上緣的開裂,需采用預(yù)彎梁法。

5 工程實(shí)例

某公路橋梁全長 120m,橋面寬度 8m,修建于 20世紀(jì) 80年代初,由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)與超載使用。現(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(yán)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(shè)計(jì)標(biāo)高。為了保證不長期中斷交通,研究決定采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁。

采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù),可以通過預(yù)應(yīng)力水平鋼絲束對被補(bǔ)強(qiáng)梁施加水平預(yù)應(yīng)力,改變受彎梁構(gòu)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(bǔ)強(qiáng)梁的正截面抗彎強(qiáng)度、抗裂性和剛度。預(yù)應(yīng)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(qiáng)度,并可包裹預(yù)應(yīng)力鋼絲束,防止鋼絲束銹蝕。

預(yù)應(yīng)力材料:預(yù)應(yīng)力鋼絲采用高強(qiáng)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(hào)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(yù)應(yīng)力加固T梁,后用錨噴混凝上使預(yù)應(yīng)力鋼束與梁體粘合的加固方法,不僅使梁的抗彎、抗剪強(qiáng)度及剛度增大,且能有效地防止預(yù)應(yīng)力鋼束過早銹蝕,減少了今后養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。該方法通過施加預(yù)應(yīng)力,主梁將會(huì)產(chǎn)生上拱,這將會(huì)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(yù)應(yīng)力鋼筋,既發(fā)揮了預(yù)應(yīng)力的作用,又發(fā)揮噴錨混凝土優(yōu)越性,也解決了體外預(yù)應(yīng)力鋼材養(yǎng)護(hù)難題,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

7 結(jié) 語

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

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