關(guān)于公路橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)探討
2015-09-22
為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷深入，國家在交通設(shè)施建設(shè)方面的投入也在逐年加大。從具體的使用角度觀察，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一部分橋梁工程存在不同程度的質(zhì)量問題，如橋梁抗震性能不佳、承載力不足、使用年限不達(dá)原先設(shè)計(jì)等。這些質(zhì)量問題給橋梁工程的安全性埋下了極大的隱患。為了消除這些隱患，使用加固技術(shù)對(duì)舊橋進(jìn)行維護(hù)便顯得尤為重要。體外預(yù)應(yīng)力是一種較為有效的方法，能提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，對(duì)橋梁起到良好的加固作用。
體外索加固橋梁的設(shè)計(jì)方法
體外索的材料通常由無粘結(jié)鋼絞線、粗鋼筋、槽鋼組合而成。體外索對(duì)橋梁受彎構(gòu)件進(jìn)行加固時(shí)，一般按偏心構(gòu)件計(jì)算梁承載力的大?。话礋o粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)截面受彎受損時(shí)，梁內(nèi)的非預(yù)應(yīng)力鋼筋將達(dá)到屈服，但預(yù)應(yīng)力鋼筋沒達(dá)到強(qiáng)度極限，對(duì)使用階段的應(yīng)力及結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行驗(yàn)算；按加筋梁組合結(jié)構(gòu)分別對(duì)其受力和使用性能進(jìn)行分析。對(duì)正使用極限狀態(tài)的各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算時(shí)，按整體變形協(xié)調(diào)條件計(jì)算在外載作用下預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量。
2.橋梁加固實(shí)例分析
某大橋?yàn)殇摻罨炷罷型梁橋，平均跨度為13m，建造時(shí)設(shè)計(jì)載荷為拖-60級(jí)、汽-10級(jí)。該橋在服役期間，受到船只多次不同程度地撞擊，造成部分混凝土脫落、裂縫、鋼筋受損等多種形式的質(zhì)量問題。解決這些問題，首要要將松散的混凝土鑿除，使用鋼絲刷進(jìn)行除銹操作，然后選用C40混凝土通過掛模澆筑的方式完成修補(bǔ)，最后利用體外預(yù)應(yīng)力完成加固，且保證加固后橋梁的承載力達(dá)到汽-15級(jí)。T型主梁翼寬度為178cm，翼緣厚度為12cm，梁肋寬度為18cm，受拉為二級(jí)，鋼筋的總面積為44.272cm2，混凝土為C25。體外索布置情況如圖1所示，支點(diǎn)和轉(zhuǎn)向塊之間的距離L3為180cm，轉(zhuǎn)向塊彼此距離L2為840cm，端錨固點(diǎn)和轉(zhuǎn)向塊之間的距離L1為150cm，中心軸和梁上邊緣之間的距離y0u為19.14cm，中心軸和梁下邊緣y0d之間的距離為60.86cm，端錨固點(diǎn)和中心軸之間的距離記為h1，轉(zhuǎn)向塊和中心軸之間的距離記為h2。每1片T型梁需要有4條無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線與之配套，所以共計(jì)16條。固定端和張拉端應(yīng)該交叉布置，且對(duì)兩端使用分2次張拉的方式，以收獲每片T型梁受力均勻的目的。預(yù)應(yīng)力鋼絞線的張拉應(yīng)力一般控制在855Mpa左右，有效預(yù)應(yīng)力控制在62215Mpa。[2]
橋梁加固施工完成之后，需要進(jìn)行現(xiàn)場載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)工具為兩輛載重汽車，汽車的相關(guān)參數(shù)為前軸55kN、后軸155kN。圖1和圖2為現(xiàn)場測試布置圖。數(shù)據(jù)是通過對(duì)主梁跨中撓度、鋼筋、混凝土應(yīng)力實(shí)際測量所得到的結(jié)果。
從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，主梁跨中撓度是5.43mm，滿足以下兩個(gè)要求：一、靜活載撓度小于等于（1 ／600）L；二、舊橋鑒定校驗(yàn)系數(shù)在0.6到0.9之間。結(jié)構(gòu)在抗彎剛度方面符合實(shí)際需要，載荷標(biāo)準(zhǔn)為汽-15級(jí)。
從表2中的數(shù)據(jù)可以看出：通過施加預(yù)應(yīng)力，可以使主梁上邊緣混凝土受到拉應(yīng)力，而下邊緣混凝土則會(huì)受到壓應(yīng)力，且上邊緣混凝土總壓應(yīng)力值、下邊緣混凝土總拉應(yīng)力值都會(huì)變小。鋼筋的校驗(yàn)系數(shù)符合舊橋鑒定0.4-0.8的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)橋梁實(shí)行體外預(yù)應(yīng)力加固處理后，橋梁的載荷能力由汽-10級(jí)提升到汽-15級(jí)，效果十分突出。通過載荷試驗(yàn)得出如下結(jié)論：在汽-15級(jí)載荷作用下，經(jīng)過加固處理橋梁的抗彎承載系數(shù)為1.51，滿足加固的預(yù)定目標(biāo)，該方法是可行的。
3.施工過程的一些探討
3.1鉆孔操作和碳纖維粘貼
對(duì)T型梁的腹板處進(jìn)行鉆孔操作時(shí)，需要避開梁體內(nèi)的受力鋼筋。碳纖維的尺寸應(yīng)為30ｘ30（cm），且粘貼在洞口四周，進(jìn)一步強(qiáng)化混凝土的局部抗壓能力。
3.2穿索和預(yù)應(yīng)力張拉
將寫有編號(hào)的標(biāo)簽貼在每一條無粘結(jié)鋼絞線上，按次序?qū)摻g線一根根穿到鋼栓孔中，并調(diào)整位置直到最佳狀態(tài)，接著完成錨杯、夾片外螺母、千斤頂和張拉配件的安裝，最后的步驟為預(yù)應(yīng)力張拉。
張拉程序如下：0→10%σcon(讀取并記錄初始伸長值，然后開始張拉)0→10%σcon（測量并記錄伸長值l3）→σcon（測量并記錄伸長值）→逐步卸除載直至歸零，使用一端張拉法完成鋼絞線在梁兩側(cè)各一根的對(duì)稱張拉操作。張拉過程中，不僅要控制好張拉力的筋伸長量也要控制好預(yù)應(yīng)力的筋伸長量，另外還需要對(duì)每一片主梁的跨中撓度以及裂縫閉合情況進(jìn)行持續(xù)的觀察、測量。
控制張拉力，校驗(yàn)伸長值是張拉過程中用到的主要方法。初應(yīng)力時(shí)，將千斤頂活塞的伸長量記為l1，張拉滿足20%σcon時(shí)，將千斤頂活塞的伸長量記為l2，由此可以得出鋼索的實(shí)際伸長量，即l2-l1。當(dāng)張拉應(yīng)力滿足100%σcon時(shí)，將千斤頂活塞的伸長量記為l3，此時(shí)鋼索的實(shí)際伸長量為l3--l1。理論伸長量與實(shí)際伸長量之間的差值，因該控制在-5%—— +10%之間。預(yù)應(yīng)力張拉的理論伸長量，可以下面公式進(jìn)行計(jì)算：
l=FpLp/ApEp
公式中，F(xiàn)p指的是平均張拉力，Lp、Ap、Ep分別代表鋼絞線計(jì)算長度、面積以及彈性模量。
2片中梁處單根鋼絞線張拉力為120kN，2片邊梁處則為100kN；對(duì)應(yīng)的初應(yīng)力一般取12kN、10kN，大小為張拉力的10%。從數(shù)據(jù)分析，張拉操作時(shí)，跨中向上撓度的實(shí)測值、理論值較為一致，這意味著理論計(jì)算時(shí)沒有錯(cuò)誤，且施工質(zhì)量較為可靠。[3]
4.施工總結(jié)
4.1防松套
單孔夾片式錨具是此加固工程體外預(yù)應(yīng)力索錨固體系所采用的錨具。控制力的理論值為100kN、120kN，張拉噸位相較而言屬于較小級(jí)別。橋梁的實(shí)際用途決定了其必然會(huì)受到較大的、長期的振動(dòng)載荷作用，造成錨具中的夾片放松，嚴(yán)重情形下還會(huì)發(fā)生失錨的問題。為了避免此類問題，本工程采用防松套作為夾片防松裝置，且將彈簧墊片置于兩者之間，一方面促使防松套能夠?qū)θ龏A片施力均勻，另一方面發(fā)揮減振的作用。[4]
4.2鋼銷栓和轉(zhuǎn)向塊
本加固工程中，鋼銷栓、轉(zhuǎn)向塊是兩種最為重要的構(gòu)件。轉(zhuǎn)向塊的設(shè)計(jì)、施工應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：一、轉(zhuǎn)向塊應(yīng)該由鋼板焊接制作而成，能夠高效傳遞預(yù)應(yīng)力，即滿足張錨體系錨固和傳力方面的要求。二、對(duì)體外索進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉操作后，受到索力作用，銷栓會(huì)沿拉索方向給混凝土孔壁一個(gè)擠壓力，所以應(yīng)保證銷栓尺寸能夠與混凝土洞口尺寸相配套，滿足混凝土在局部承壓方面的要求。三、在索力的影響作用下，錨具不可避免地會(huì)對(duì)鋼栓施加一個(gè)擠壓力，所以應(yīng)該對(duì)錨下栓體表面進(jìn)行一定標(biāo)準(zhǔn)的平面加工，通過平面加工，為錨具提供穩(wěn)定受力的環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)其與體外索垂直。四、銷栓在抗彎、抗剪、抗變形等方面要符合設(shè)計(jì)與實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)?？刂茝澢冃?、剪切變形在一個(gè)較小的合理范圍之內(nèi)，以保證安裝完成后的錨環(huán)能夠較好地配合預(yù)應(yīng)力索的索力方向。
4.3張錨體系的保護(hù)措施
體外預(yù)應(yīng)力索使用無粘結(jié)鋼絞線，且對(duì)鋼絞線外裹塑料保護(hù)套、油脂，以發(fā)揮保護(hù)的目的，延長絞線的使用壽命。使用玻璃絲布匹纏包油脂的方法對(duì)張錨體系兩端的錨具和防松套進(jìn)行保護(hù)。[5]
5.結(jié)語
體外索加固法在加固、卸載和減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力方面效果明顯。使用體外預(yù)應(yīng)力加固法加固的橋梁在載荷方面提升顯著，值得推廣。
