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預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計方法探討
2011-10-11 來源:中國百科網(wǎng)
一.引言

    隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展,各種重型車輛,尤其是工程用重型運輸車的不斷出現(xiàn).橋梁負(fù)荷日趨加重,部分舊橋老化、破損嚴(yán)重,甚至設(shè)計荷載等級已不能要求使用滿足。因此對舊橋、危橋的加固維修,及如何提高其承載力的問題,開展有關(guān)的維修與加固方法研究是非常有必要的。

    二.體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)簡介

    體外預(yù)應(yīng)力是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要分支之一。不同于傳統(tǒng)的后張有粘結(jié)或無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是將預(yù)應(yīng)力束布置于結(jié)構(gòu)主體截面以外施加預(yù)應(yīng)力的一種結(jié)構(gòu)體系。體外預(yù)應(yīng)力體系由四個基本部分組成:體外預(yù)應(yīng)力索;體外索錨固系統(tǒng);體外索轉(zhuǎn)向裝置;體外索防腐系統(tǒng)(圖1)。

    體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)適用范圍非常廣泛,不僅可以應(yīng)用于新建工程,更適用于舊結(jié)構(gòu)的改造與加固。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在舊橋加固改造工程中有以下優(yōu)點:

    1.受力明確、施工簡便、不影響正常交通;

    2.在自重增加很小的情況下可大幅度改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)的受力狀況,提高結(jié)構(gòu)剛度和承載能力;

    3.維護(hù)修補方便,可以隨時更換預(yù)應(yīng)力筋;

    4.對原橋的結(jié)構(gòu)損傷很小,可以做到不影響橋下凈空.且不增加路面標(biāo)高。

    三.加固設(shè)計一般步驟

     1.體外預(yù)應(yīng)力筋面積的估算在實際工程加固中,常常采用虛功原理或力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算,以簡支梁為例。該方法是根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的力法原理以體外索的應(yīng)力為變量,通過切斷水平筋擴作用單位力Xp=1,則由力法方程有:

    可采用預(yù)應(yīng)力度法確定體外預(yù)應(yīng)力筋的拉力Ny,而:

    式中:Npe−預(yù)應(yīng)力放張后體外筋的有效預(yù)拉力;Xp−活載作用下,體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉力增量。

    結(jié)合(1)~(3)式,可求出體外預(yù)應(yīng)力筋用量Ay.

    2.加固體系的驗算

    確定體外預(yù)應(yīng)力筋的用量及設(shè)計張拉力后,應(yīng)對加固后橋梁的各項使用性能指標(biāo)進(jìn)行驗算。使用階段的驗算包括混凝土應(yīng)力的驗算、原梁內(nèi)鋼筋的應(yīng)力驗算、體外預(yù)應(yīng)力筋的驗算、裂縫驗算及撓度驗算等。根據(jù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài),求出使用荷載作用的計算值與材料的允許值相比較,判斷是否滿足要求。

    極限強度驗算是指根據(jù)實際的體外預(yù)應(yīng)力筋配筋情況,計算加固體系的極限抗彎強度和抗剪強度,判斷其是否滿足設(shè)計要求。如果加固體的驗算不能滿足設(shè)計的要求.則需要重新進(jìn)行配筋計算。

    3.錨固端及轉(zhuǎn)向塊設(shè)計

    體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù),轉(zhuǎn)向塊和錨固端構(gòu)造設(shè)計很關(guān)鍵必須充分考慮結(jié)構(gòu)的特點和使用功能等要求。錨固端及轉(zhuǎn)向塊的設(shè)置可利用原結(jié)構(gòu)橫隔或新增橫隔,新增橫隔必須與原有結(jié)構(gòu)可靠連接,需要根據(jù)具體的梁截面形狀、拉索類型來定。

    錨固端的作用就是要將拉索兩端的錨具與梁體固定和連接,以便將拉索的拉力傳遞給梁體。當(dāng)使用膨脹錨栓或者種植高強錨桿(或鋼筋)來固定錨固端時,應(yīng)充分了解原梁體鋼筋的分布情況,避免鉆孔對原結(jié)構(gòu)的損傷。施工時需借助鋼筋探測儀器,核實鋼筋的實際擺放位置。

    轉(zhuǎn)向塊擔(dān)負(fù)著鋼索轉(zhuǎn)向的重要任務(wù),在結(jié)構(gòu)加固工程中形式很多樣,應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)計。例如:梁側(cè)力筋向下彎折處可采用鋼吊棍作為轉(zhuǎn)向裝置,力筋向上彎折處可在梁側(cè)加肋與力筋接觸處設(shè)置支承墊板;在梁頂或梁底的轉(zhuǎn)向裝置可通過在梁體直接設(shè)支承墊板完成,但此時應(yīng)能確保加固梁的混凝土的強度達(dá)標(biāo),不會在墊板處造成局部破壞。

    四.工程實例

    該橋建于上世紀(jì)80年代初,為11孔16m跨簡支梁橋,原設(shè)計荷載為汽-20級,經(jīng)過多年的使用,橋梁已出現(xiàn)不同程度的破損。廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測中心于2007年11月對該橋進(jìn)行了檢測,檢測結(jié)論認(rèn)為:“該橋部分橋跨在整體受力性能上不能滿足設(shè)計和使用要求,同時為防止結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)一步惡化,并鑒于該橋位于市區(qū)交通主干線上,長期處于超載狀態(tài),需要對該橋進(jìn)行重建或大修。”

    綜合比較各種加固方案后,最終決定采用體外預(yù)應(yīng)力加固的方法對舊橋丁梁進(jìn)行加固。針對丁梁跨中截面抗彎能力不足的問題,在梁肋底張拉預(yù)應(yīng)力水平筋,水平筋為2根JL32精軋螺紋鋼筋,兩束預(yù)應(yīng)力索布置在兩榻丁梁之間,兩端分別錨固在梁底的轉(zhuǎn)向塊上(圖2)。兩個轉(zhuǎn)向塊對稱設(shè)置在1/4橋跨橫隔板處,轉(zhuǎn)向塊采用6~28mm的鋼板制成。轉(zhuǎn)向塊的固定首先需要預(yù)埋好支撐板,施工前先將梁橫隔板底貼鋼板處混凝土鑿除1cm,再用環(huán)氧砂漿將支撐鋼板粘貼在梁的橫隔板底面上,然后將轉(zhuǎn)向鋼板與預(yù)埋的支撐板頂緊焊接。

    另外針對梁體根部抗剪承載能力不足的問題,采用在腹板錨固斜拉桿的方法進(jìn)行加固,斜桿由16a槽鋼和鋼板焊接組成。上錨固塊首先用環(huán)氧砂漿將粘貼在梁體腹板上,再采用高強螺栓將錨固塊固定在腹板,由于螺栓孔位是根據(jù)舊橋施工圖鋼筋位置確定的,與其實際情況存在一定的偏差,因此在確定錨固及打孔的位置前,需要進(jìn)行必要的鋼筋探測防止螺栓孔位與鋼筋沖突。

    精軋螺紋鋼采用熱鍍鋅防銹層,外套熱壓成型的PE塑料保護(hù)套防腐。對于同一根梁的兩側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)做到同步張拉。每根索的設(shè)計張拉力為20Mpa,根據(jù)計算,加固后橋梁抗彎承載力提高約15%,橋梁跨中撓度值減小1.5mm。

    五.結(jié)論

    體外預(yù)應(yīng)力加固方法,在提高舊橋抗彎、抗剪承載能力的同時,可節(jié)省鋼筋,減少管道摩阻損失,另外體外預(yù)應(yīng)力筋布置靈活,安全可靠,特別是可以在結(jié)構(gòu)正常工作情況下實現(xiàn)調(diào)索和換索,是其他結(jié)構(gòu)形式所無法比擬的優(yōu)點。隨著相關(guān)理論的不斷完善、新型材料和新型錨固體系的發(fā)展,為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用帶來了新的活力,使得這種技術(shù)有更加廣泛的發(fā)展應(yīng)用前景。
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