體外預應力技術在道路橋梁工程中的應用簡析

馬忠寶

（青海正和公路橋梁工程有限責任公司，青海 西寧 810000）

體外預應力技術在道路橋梁工程中的應用簡析

馬忠寶

（青海正和公路橋梁工程有限責任公司，青海 西寧 810000）

體外預應力技術具有能提高結構承載能力和耐久性、預應力筋能更換、維護管理方便、能降低鋼疲勞應力幅度等優點,是加固現役鋼筋混凝土橋梁最有效的方法之一,同時也為建設橋梁提供了新的設計思路。文章針對體外預應力技術在道路橋梁工程中的具體應用展開分析。

道路橋梁; 體外預應力技術;應用

體外預應力結構作為后張預應力體系的分支之一，具有許多體內預應力結構所不具有的優點。在國外，近年來已成為預應力技術的熱點，在國內，體外預應力技術的研究和運用均相對滯后，對這一新技術的研究和運用多限于既有橋梁的加固。截面尺寸小，自重輕，預應力筋替換、維護管理方便，預應力損失小，縮短施工工期以及耐久性高等是體外預應力結構相對于傳統的體內布筋預應力結構具有的優點，因此，體外預應力結構應用非常廣泛，既可用于預應力混凝土橋梁、特種結構和建筑工程結構等新建結構，也可用于舊有的混凝土結構的重建、加固及維修，同時還可用于臨時性預應力混凝土結構或施工臨時性鋼索。隨著斜拉橋和高強混凝土技術的發展，體外預應力結構技術的應用將是現代預應力施工中的主要趨勢之一。

1. 體外預應力的應用范圍及其特點

由于施工技術的不斷進步,國外體外預應力技術已發展得相當成熟,應用得越來越廣泛,尤以法國、美國居多。它的主要應用范圍包括:l)預應力混凝土橋梁、特種結構和建筑工程;2)已有的鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構的重建、加固及維修;3)用于臨時性預應力混凝土結構。根據國際預應力協會定義,體外預應力是指預應力筋位于混凝土截面之外,而普通無粘結和有粘結預應力的預應力筋都是位于混凝土截面內的。

由于其固有的形式,體外預應力結構較之體內預應力結構有以下優點:l)施工方便。由于預應力筋放在梁截面以外,結構可以和正常的混凝土梁一樣來澆筑,而采用后張法將預應力筋進行張拉,可以有效地縮短工期,減少施工時的荷載。2)維護修補方便。可隨時更換預應力筋,并很方便地測試預應力筋的性能及變形程度,根據其狀態決定是否需要張拉或更換預應力筋。3)可作為對現存混凝土梁的修補手段,只需在梁外加上預應力筋即可。4)由于不需在梁截面中預留預應力筋管道,可以減小混凝土梁截面尺寸,節約原材料,減輕自重。同時,由于預應力筋與混凝土截面分離,提高了混凝土的耐久性。5)簡化了預應力筋曲線,使預應力筋束布置大大簡化,操作與追加新束方便,并大大減少了由于管道摩擦造成的預應力損失。同時,高性能鋼束的發展與應用可使體外預應力筋數量減少,使體外預應力橋梁的設計、施工更為簡易。同時,體外預應力結構也具有以下不可避免的缺點: l)防腐蝕,防水性能差。這也是體外預應力長期以來沒有得到充分發展的原因。直到近時期高強度聚乙烯的運用,使得預應力筋防腐蝕性能極大提高,遂使這一問題得到解決,但由于防腐蝕劑的使用,提高了預應力筋的成本。2)由于預應力筋只通過兩端的錨固及中間的鞍與梁相連,這就對錨固端及鞍座的要求相當高,它必須具有一定的強度,具有較高的抵抗梁中荷載的能力。3)相對于體內預應力而言,體外預應力混凝土在同樣條件下,需要較大的張拉力才能產生同樣的預應力。體外預應力結構體系在具有眾多的優越性的同時,其設計方法和施工工藝也與傳統的體內預應力體系有了明顯的不同。如體外預應力結構的受力分析,體外預應力結構由于預應力筋位于混凝土截面之外,其受力性能顯然不同于傳統的體內預應力結構。再如預應力筋的防腐和防火問題,體外預應力筋勢必比體內預應力筋有著更高的要求。

2 體外預應力的分類

1)全體外預應力索集中錨固方式。所有的預應力索采用體外布置,并且集中地錨固于主梁的支點斷面附近。

2)全體外預應力索分散錨固方式。所有的預應力索采用體外布置,并且分散地錨固于主梁的跨間各斷面處。

3)混合預應力索分散錨固方式。預應力索中,一部分采用體外索;另一部分采用內部索;以分散形式錨固于主梁跨間的各斷面處。

3 體外預應力技術的發展

1)鋼索的防銹蝕處理取得成效。近年,隨著斜拉橋的發展,利用在鋼索套管里灌漿,注入石臘或潤滑油的處理,以及瀝青涂刷包裹、鍍鋅,聚乙烯涂刷,聚乙烯擠壓管等方法制作的鋼索,防銹蝕處理上,取得了成效。另外還可以用非金屬材料作預應力索。

2)錨固處,變向變距處的簡單化。大直徑鋼索及相應的大噸位錨固系統和張拉設備的開發、應用,使鋼索的束數減少。因此,錨固處,變向變距處的簡單化,帶來了設計與施工的簡單化,使整個工程造價降低。

為使體外預應力技術向前發展,除基本解決了上述兩個問題外,對其它問題同樣進行了試驗研究,探討了處理方法。

3)結構的極限承載能力。一般認為體外預應力硅梁的極限承載能力低于內部預應力鹼梁。然而,試驗結果表明:極限狀態下,的確體外預應力鹼梁比內部預應力鹼梁的變形大,而極限承載能力并不低。

4)鋼索的應力變化。在荷載作用下,體外預應力索產生滑移,其應力變化分布在全長上。因而,體外預應力索的應力變化比內部預應力索小得多,錨固處一般不會出現疲勞問題。

5)體外預應力索的振動。為防止在活荷載作用下,體外預應力索和結構產生共振現象,索的固定點間隔應在7—8m以上為宜。

6)摩擦損失。體外預應力索只在變向變距處,錨固處附近和鹼產生接觸,其摩擦損失遠遠小于內部預應力索。體外頂應力索的應力摩擦損失計算和內部預應力索的倩況一樣考慮。

7)應力集中。在錨固處、變向變距處等部位應力相對集中,注意采取應力分散和結構局部加強等措施。

8)索的意外損壞。因為體外預應力索裸露在外,應注意人或動物可能對其造成的損壞。

4 體外預應力技術的應用

我國體外預應力技術在橋梁工程中應用主要是橋梁加固、橋梁施工方面,近年已有采用體外預應力技術設計建造的新橋梁,這與我國體外預應力技術的研究起步較晚有關。目前國內體外預應力理論還處在發展階段,與國外水平相比有較大差距。國內外體外預應力技術用于橋梁加固方面的實踐證明,該技術可以保證結構的整體性,新舊體系協同工作良好。克服了其他方法加固時加固材料存在的應力滯后問題,而且采用體外索加固橋梁可以不影響通車,還可以減小撓度和裂縫寬度,提高橋梁承載能力。由于體外預應力體系布置靈活,不僅可以用來加固簡支梁橋、連續梁橋,還可用來加固拱橋、剛構橋等;不僅可以用來改善梁的受彎性能,還可以用來改善構件抗剪的性能;不僅可以用來進行整體橋梁加固,而且橋梁局部加固也可以采用;不僅可以用來加固橋梁的梁部結構,也能用于加固橋墩及索塔等部位。體外預應力技術用在橋梁施工方面實例很多,如橋梁預制節塊組拼頂推施工技術,采用體外預應力技術不僅施工方便快捷,而且可以提高頂推的長度,減少臨時支墩,提高經濟效益;另外斜拉橋通過調整各施工狀態斜拉索索力,確保施工安全,也是體外預應力技術在斜拉橋施工中的推廣應用。

5 結語

我國正處于道路與城市建設的高峰期，體外預應力技術具有極大的針對性，尤其在我國橋梁建設中有著廣闊的應用前景。但目前體外預應力技術的運用相對滯后，所以，研究體外配束橋梁與房屋橋梁結構已成為當務之急。同時還應對所涉及的設計和施工上的問題進行深入地研究。

[1]黃僑,張樹仁.公路鋼筋混凝土簡支梁橋的體外預應力加固技術[M].北京:人民交通出版社,1998.

[2]林冰花,譚德盼.體外預應力技術的發展[J].山西建筑,2007,33(8):149-150.

U45

B

1007-6344（2015）10-0293-01