淺談體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁結(jié)構(gòu)的方法

淺談體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁結(jié)構(gòu)的方法

1體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁結(jié)構(gòu)的必要性隨著國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國橋梁建設(shè)呈現(xiàn)出日益增長的趨勢。通過多年的發(fā)展振興,越來越多的橋梁被修建,而且橋梁的跨徑、規(guī)模、技術(shù)難度與造價(jià)也在不斷攀升,與此同時,越來越多橋梁進(jìn)入維修的時期,橋梁使用管理工作越來越繁重,也日顯重要。目前我國公路橋梁所承受的荷載有3個特點(diǎn):交通量不斷增大;重型車輛增加及超載現(xiàn)象嚴(yán)重;超限運(yùn)輸?shù)某霈F(xiàn)和增加。隨著各種重型車輛,尤其是工程用重型運(yùn)輸車的不斷出現(xiàn),公路橋梁負(fù)荷日趨加重,加之舊橋部分老化、破損,已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊?對舊橋、危橋的加固維修,以及如何提高其承載力的問題,確保交通運(yùn)輸?shù)陌踩悄壳昂徒窈竺媾R的主要任務(wù)。體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁結(jié)構(gòu)是一種效果較好、使用較廣的方法。它是在橋梁結(jié)構(gòu)的受拉區(qū)施加體外預(yù)應(yīng)力,使其產(chǎn)生與原橋的不利彎矩方向相反軸向壓力和彎矩,以抵消部分自重應(yīng)力減小活載應(yīng)力,從而提高橋梁的承載能力。2現(xiàn)代承載能力的改造橋梁加固一般是通過對構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)和結(jié)構(gòu)性能的改善來恢復(fù)或提高現(xiàn)有橋梁的承載能力,以延長其使用年限,適應(yīng)現(xiàn)代交通運(yùn)輸?shù)囊蟆Ｆ涓脑斓闹饕夹g(shù)途徑有:加強(qiáng)薄弱構(gòu)件、增加輔助構(gòu)件、改變結(jié)構(gòu)體系、減輕恒載、加固墩臺及基礎(chǔ)等。目前橋梁上部結(jié)構(gòu)的加固方法主要包括以下幾個方面。2.1保厚保證采后主梁受力將原橋面鋪裝全部鑿除或鑿毛,然后加鋪一定厚度的補(bǔ)強(qiáng)層,以增大主梁有效高度及改善橋梁荷載橫向分布能力,從而提高單梁承載能力或橋梁結(jié)構(gòu)整體承載能力;2.2截面擴(kuò)建和骨骼調(diào)整加固法通過增大構(gòu)件截面面積或配筋率以提高鋼筋混凝土梁的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。2.3加固主梁時要增加梁的抗彎剛度體外張拉預(yù)應(yīng)力束加固法,是加固效果最明顯而施工工藝最為復(fù)雜的加固方法。在不增加橋梁自重的前提下,有效增加加固后主梁的抗彎剛度并大幅度提高主梁的承載能力。同時,在合理安排施工流程的情況下,該方法可最大限度地減少對橋上交通的影響,甚至可以在有限開放交通的情況下,組織施工。2.4粘合板加固法用粘結(jié)劑和錨栓將鋼板粘貼錨固于混凝土結(jié)構(gòu)受拉面或其它薄弱部位,使鋼板與加固混凝土結(jié)構(gòu)形成整體,以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)承載能力的目的。2.5改變結(jié)構(gòu)受影響系統(tǒng)的加固方法通過改變橋梁結(jié)構(gòu)受力體系以達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的目的,是一種變被動為主動的加固方法。2.6噴流混凝土加固法從隧道施工中轉(zhuǎn)化而來的加固方法,主要用于因支點(diǎn)截面尺寸偏小而導(dǎo)致的抗剪強(qiáng)度不足的混凝土梁的加固維修。2.7加固結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法通過增設(shè)橋梁橫向聯(lián)系,以改善上部結(jié)構(gòu)的荷載橫向分布規(guī)律,從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)整體承載能力的加固方法。一般用于無內(nèi)橫梁或少內(nèi)橫梁的T形截面及工字形截面梁式橋,工程上常在相鄰主梁間增設(shè)現(xiàn)澆混凝土橫梁或鋼橫梁來提高橫向抗彎剛度。2.8密度大、宜碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種性能優(yōu)良的混凝土結(jié)構(gòu)加固材料,它具有強(qiáng)度高、密度小、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)。其加固法是利用樹脂類材料把碳纖維布材或板材粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面,形成復(fù)合材料體,通過碳纖維布與結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作,達(dá)到對結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。3外部預(yù)測加固法的特點(diǎn)和原理3.1跨徑橋梁加固體外預(yù)應(yīng)力就是把預(yù)應(yīng)力索放在梁的主體結(jié)構(gòu)之外,只通過兩端能錨固以及梁中的轉(zhuǎn)向裝置與梁體相連。在我國體外預(yù)應(yīng)力主要月于舊橋加固很少。作為主要受力體系,體外預(yù)應(yīng)力尤其適用于中小跨徑的橋梁,對于大跨徑橋梁。宜配合采用其他方法綜合加固。體外預(yù)應(yīng)力加固具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)能夠大幅度提高舊橋的承載能力和撓裂度,加固效果明顯。(2)所需設(shè)備、人員少,施工周期短,經(jīng)濟(jì)效益好。(3)對橋上交通影響小,可不中斷交道或短時間限制交通。(4)對橋梁損傷小,可做到不影響橋下凈室不抬高路面標(biāo)高。但體外預(yù)應(yīng)力加固也有如下缺點(diǎn):(1)體外預(yù)應(yīng)力索容易受到意外的破壞。(2)體外預(yù)應(yīng)力索不能參與局部裂縫的控制。(3)由于轉(zhuǎn)向裝置和錨固點(diǎn)受到約束,行車時容易引起體外索的振動,預(yù)應(yīng)力索的自由長度受到限制。(4)從力學(xué)特性上來講體外預(yù)應(yīng)力索與周圍結(jié)構(gòu)主體在同一截面上的變形是不協(xié)調(diào)的。3.2加固原理4簡沖梁外肌力加固的計(jì)算4.1預(yù)應(yīng)力彈性分析體外預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)一般采用折線形式布置預(yù)應(yīng)力束。體外預(yù)應(yīng)力筋僅在錨固區(qū)域和折角處(轉(zhuǎn)向塊處)與結(jié)構(gòu)相連結(jié),體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力特性與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)類似。在使用荷載狀態(tài)下,采用彈性分析方法設(shè)計(jì);在極限狀態(tài)下,一般按無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)。4.2體外索力筋檢測體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力損失計(jì)算方法與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力計(jì)算基本一致,其中溫差損失可忽略不計(jì);混凝土收縮、徐變可取為零。體外預(yù)應(yīng)力筋面積的確定可由梁危險(xiǎn)截面(通常是跨中截面)的抗彎強(qiáng)度確定。具體方法是:1)檢算舊梁承載能力;2)確定加固后要達(dá)到的承載能力,找出二者的差值;3)假設(shè)此差值完全由體外索承擔(dān)(偏于安全),初步確定力筋的有效預(yù)應(yīng)力和力筋偏距,然后預(yù)估體外力筋的面積;4)根據(jù)抗剪強(qiáng)度和構(gòu)造的要求確定體外力筋轉(zhuǎn)向塊和錨固點(diǎn)的位置;5)對該組合結(jié)構(gòu)按照《橋規(guī)》規(guī)定進(jìn)行各項(xiàng)檢算。然后根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果對初步方案進(jìn)行調(diào)整,直到滿意為止。體外索內(nèi)力增量與活載的關(guān)系:加固時梁的受力特點(diǎn)是,預(yù)加力的實(shí)測值是在橋梁上部結(jié)構(gòu)恒載(含梁自重)作用下測取的,整個體系在恒載和預(yù)應(yīng)力的共同作用下處于平衡,該體系為一次內(nèi)超靜定結(jié)構(gòu)。對加固后混凝土梁截面應(yīng)力的檢算,需計(jì)算體外索在活載作用下的內(nèi)力增量。體系對外是靜定的,支座反力直接與恒、活載平衡,不影響體外索內(nèi)力增量的計(jì)算,活載作用下,斜筋內(nèi)力與水平筋的內(nèi)力之比為A,即:式中,N為力筋與轉(zhuǎn)向塊之間的摩擦系數(shù),正負(fù)號與力筋的張拉方向有關(guān),向外張拉時為負(fù),反之為正。取跨中水平筋內(nèi)力為贅余力單位力N=l時,彎矩圖、軸力圖及活載作用下的彎矩圖Mp見圖1。5體外預(yù)應(yīng)力加固法體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁是一種行之有效的方法,已有許多成功的經(jīng)驗(yàn)。通過精心設(shè)計(jì)和施工就可以達(dá)到預(yù)期的加固效果。因此這是一種十分具有推廣價(jià)值的舊橋加固方法。體外預(yù)應(yīng)力加固通常采用粗鋼筋鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲等材料作為施