对公路桥梁施工中预应力加固技术的探讨
2015-09-22
随着经济的发展，各类重型车辆数目爆发式的增长，加重公路桥梁的负担。一部分旧桥在设计之初就缺少长远的计划，甚至部分老化、破损严重。对已经不能适应现代交通运输要求的旧桥，研究相关的维修与加固方法并要求进行施工，提高桥梁的承载力，确保交通安全运输。预应力加固即在加固过程中建立永久的，与外部荷载作用相反的内力以及内应力，以达到消除结构或构件的小部分的外力，改善预应力在不同条件下的变形性能，提高公路、桥梁的坚固强度，从而提高承载力，确保结构安全地工作，达到加固的主要目的。
一、公路桥梁桥梁加固的原则
由于我国还处于发展中国家，基础设施的建设还不完善。国家的发展还需要大量的资金。如何在有限的资金范围内实现桥梁维修加固就有非常现实的意义。
现在对桥梁实行维修加固一般采用的原则是: 在维修加固前，先制作一份关于桥梁的劣化程度与受损情况报告，进行检测并详细记录数据。依据实际报告对桥梁进行安全性能评估，确定桥梁实际的运输能力，判断损伤情况是否影响桥梁的承载力和耐久性。承载力指的是桥梁结构承受在设计初确定的荷载能力，耐久性指的是桥梁的结构设计寿命; 在加固时考虑原材料的耗费，施工的进度，是否会影响交通运输，能否提供桥梁的承载力和耐久性等方面; 通过加大桥梁构件来提高整座桥梁承载能力，一般不改动桥梁结构的原有形式。确保桥梁加固的前提下兼顾施工的经济性，只有在遇到极其复杂的情况下，才可考虑更改桥梁原有的结构形式。在采用科学合理加固方式，桥梁的承载力和耐久性仍不能达到改造后的要求，则需要考虑对桥梁的局部或整体进行重建; 在选择桥梁加固方式时，要结合旧桥的现状，桥梁是否出现承载能力减弱，以及日后通过该桥的交通量，可以参考已经成功完成加固桥梁的施工方案; 如果采取扩大和增加桥梁的构件断面来进行加固，必须考虑增加部分和桥梁本身的结合效果。
二、公路桥梁施工中预应力加固技术措施
目前预应力技术正在不断地完善发展，从设计的形式到施工的过程都形成了一种较为完善的制度体系，拓宽了整个施工的空间，形成了预应力作用下的新颖的各式各样的结构。目前，公路桥梁采用的预应力加固技术主要有三种：体外预应力加固体系、有粘结性预应力的加固体系、高强复合性的纤维型预应力加固体系。
1、体外形式的预应力相关加固体系
体外预应力技术, 是指将预应力筋布置在结构构件截面之外的预应力技术, 是后张预应力体系的重要分支之一。采用体外预应力技术加固混凝土结构时, 体外预应力束一般采用折线形按在梁的跨中部分, 体外预应力束布置在腹板下缘, 在离支座约1 /4L 处, 束向上弯起, 锚固在梁的两端。采用体外预应力技术加固某简支梁结构的示意图如图1所示。
图1体外预应力技术加固示意图
体外预应力加固是将具有防腐保护的预应力筋布置在梁体的外部( 或箱内) , 对梁体施加预应力, 以预加力产生的反弯矩抵消部分外荷产生的内力, 达到改善梁的使用功能和提高梁的承载能力的目的。体外预应力加固是目前采用较多的加固方法之一, 特别适用于在大跨径预应力混凝土连续箱梁和连续T 构箱梁桥的加固。体外预应力筋锚固在梁端( 或中间) 横隔梁上, 跨间用转向块调整预应力筋的角度, 以适应梁的受力要求。
严格来讲, 体外预应力、体内无粘结预应力、包括斜拉桥在内, 都属于无粘结预应力结构。无粘结预应力结构理论分析的核心问题是预应力钢束在各受力阶段的应力增量计算问题。与普通预应力混凝土结构相比, 体外预应力混凝土结构具有如下主要优点:
（1）体外预应力钢筋可以是不可更换的, 也可以设计成可更换、可补拉的, 可更换的体外力筋, 易于维修、养护、加固;
（2）体外预应力加固旧桥构造简单, 简化了施工;由于梁肋中不设管道, 避免了截面削弱; 体外配筋方式取消管道灌浆工序可实现全年施工, 对处于寒冷地区的北方各省具有十分重要的现实意义;
（3）减小了钢筋束的摩阻损失, 预应力筋利用效率高, 力筋应力变化幅值小, 对抗疲劳有利。体外预应力加固混凝土桥梁在我国的推广应用, 为解决工程上长期困扰的混凝土耐久性问题提供了可能, 桥梁耐久性的提高, 使用寿命的延长( 换一次索或补拉一次, 可延长使用寿命长达20 年) , 可为桥梁养护管理及加固补强带来可观的直接经济效益, 其间接和长期经济效益亦相当显著。
2、高强复合性的纤维型预应力加固体系
为了可以更好地提高对纤维材料的利用率，并更好地增强对公路桥梁的加固性能，对纤维型的材料使用一些预应力技术成为了较有效的办法之一。它的作用原理是利用锚固来粘贴在一些被加固物体上的碳纤维布条对构体施加预应力技术，其关键技术是解决适应于现场施工的预应力纤维布的张拉程度、锚固地点等一系列问题。其主要特点是：
（1）高强高效率。在加固修补时可以充分利用高强度的优点来增强混凝土所带有的承载能力跟延伸性能，从而改善混凝土所能承担的受力，用来达到加固方面的高效目的。
（2）在保证好温度变化的同时，FRP 跟混凝土也可以相互协同作业。
（3）施工较为便捷，较为快速、工作的效率也相对较高、没有湿型的作业，也不需要一些大型施工的机械，并且施工的占地面积较少，从而提高了施工效率。
（4）不增加部件的自身重量和自身体积。复合纤维物质及其轻盈，经过其加固的这些构件，一般情况下是不会改变原来的重量跟尺寸大小，所以一般就不会减少建筑物本身可使用的一些空间大小。
（5）具有很好的耐腐蚀和耐久使用性能。使用的材料在被加固补修之后，一般情况下不需要定期进行维护，还可以对内部所使用的混凝土性质的结构起保护功能。
（6）适用面极其广泛。可以被广泛地用在各种类型地土木工程上，如一些建筑物、桥梁的隧道、涵洞或者烟囱等，可以被应用在各种形状的结构上，如圆形的、矩形的、曲面的等，这是现在任何一种结构方面的加固方法都比不上的。
3、有粘结性质的预应力加固体系
用锚固在所加固体上的一些预应力筋，对构体来施加部分预应力，再喷注相对较高的抗拉强度较大的砂浆，使得预应力筋跟被加固物体可以粘结为一体，构成具有粘结性质的预应力加固体系。与体外的预应力加固体系相比较，它的突出点有：
（1）可以最大限度地发挥出在后加补强材料上面的功能，从而提高材料的利用效率。
（2）高性能砂浆的保护层的功能就是保护好钢筋，使之避免被锈蚀，从而提高使用的耐久性，延长使用寿命。
（3）在小锚具跟高性能复合形式的砂浆粘结的相互作业下锚固钢筋，施工作业才能够更加安全、可靠。
综上所述，随着科学工程技术的发展与机械的持续创新，预应力方面的技术也变得越加的成熟，除了对以前施工技术的改造外，还持续不断地出现了一系列新颖的施工手段。施工的所需设备也变得愈加齐全愈加配套，生产的能力跟施工的精度变得愈加精准，施工的队伍也将会变得更加机械化和专业化，质量更加系统化。
