混凝土梁桥体外预应力加固技术研究
2015-05-21
公路和铁路是国家的经济命脉，桥梁是其重要的组成部分。现有公路桥梁大多是根据1985年颁布的设计标准建造的，其设计荷载均较低。随着国民经济的发展，车辆增长速度加快，尤其是大型车辆、工程用重型运输车不断出现，这些车辆的实际载荷早已超出了1985年桥规的设计荷载。因此我国现有的很多桥梁发生了荷载吨位不足、老化、破损、裂缝等现象。为确保公路交通正常运营，必须对公路桥梁进行维修养护，近年来我国现有的桥梁病害已严重不能适应现代交通运输的要求，迫切需要对其进行技术改造。若将这些有病害的桥梁拆除重建，不仅要耗费大量资金，且建设周期较长。经验表明，桥梁加固费用一般约为新建桥梁费用的10％ ～30％，并且工期大为缩短翻。因此，有计划、有步骤地对现有桥梁进行调查研究，分析病害原因，采取相应的技术措施，对危桥进行加固改造，以使其满足新时期公路交通运输的需要，对我国公路建设和经济发展具有重要意义。
1.现状分析:体外预应力混凝土结构是后张法无黏结预应力混凝土结构的分支，是一种用完全位于混凝土截面以外的预应力束来对混凝土施加预应力的结构体系。体外预应力体系由体外预应力孔管、浆体、锚固体系和转向块等部件组成网。体外预应力技术能大大缩短施工工期，能降低被加固构件的应力水平，不仅使加固效果好，而且还能较大幅度地提高结构整体承载力，但加固后对原结构外观有一定影响。适用于大跨度或重型结构的加固以及处于高应力、高应变状态下的混凝土构件的加固。
德国工程师Franz Dischinger，最早获取了向结构施加体外预应力的专利，并在1936年设计了世界上第一座预应力混凝土桥梁Aue桥。1952年古巴建造了美洲的第一座体外预应力桥Canas河大桥。我国自50年代以来，预应力技术发展迅速，特别是近年改革开放以后，迎来了我国桥梁建设的黄金时期。经过桥梁建设者们几十年的不懈努力，我国预应力混凝土桥梁的发展业已成熟，各设计和施工单位均有了较高的技术水平和丰富的时间经验。但是，在体外预应力混凝土结构在世界各国广泛运用和不断创新的今天，我国已明显地落后。虽然我国对无黏结预应力的研究开始于7O年代，但体外预应力在桥梁结构中的应用屈指可数。除了旧桥加固以外，国内20世纪70年代末，体外预应力技术开始用于公路桥梁的加固，收到了很好的经济和社会效益并写入了现行《混凝土结构加固技术规范》。1995年建成的汕头海湾大桥预应力混凝土加劲梁中的地板预应力束采用了无黏结体外钢束，1990年通车的福州洪塘大桥的引桥采用了体外预应力结构。
2.桥梁加固的方法分析:对于混凝土桥梁结构加固方法主要为：加大截面加固法、外包钢加固法、体外预应力加固法、改变结构传力途径(改变受力体系)加固法、受弯构件外部黏钢加固法、化学植筋加固法、碳纤维布加固法等。但是各种方法各有优缺点，现在对比分析如表所示。
通过上面的分析我们可以看到，对于混凝土梁桥的上部结构采用体外预应力加固，在自重增加很小的情况下可大幅度改善和调整原结构-的受力状况，提高结构刚度、抗裂性。由于自重增加小，故对墩台及基础受力状况影响很小，可节省对墩台及基础的加固，节省加固投资。对于混凝土T梁桥用预应力加固效果更加明显。前些年体外预应力加固就要采用钢筋作为预应力筋，但由于钢筋的防腐和日后的养护检查工作量较大，近年来，逐渐采用带聚氯乙烯套管的预力钢绞线或钢丝索来加固。
3.加固桥梁力学性能分析:体外预应力加固法主要用于梁式桥(包括简支梁、悬臂梁、连续体系梁桥等)正常使用极限状态超限的结构，通过对旧桥施加体外预应力，能够达到减少或消除裂缝，减小梁体下挠，改善结构各截面应力状态的目的。
4.结论:通过对目前混凝土桥梁病害的分析，结合当前的科技水平，在分析桥梁加固研究现状的基础上，针对目前桥梁的不同类型分析出混凝土梁桥(特别是T型梁桥)适合的加固方法―钢绞线预应力法，该方法减少了由于管道摩擦造成的预应力损失，而且高性能钢束的发展应用导致了体外束数量的减少，使体外束桥梁的设计、施工更为简易。在此基础上对混凝土梁桥进行了力学计算分析，同时用等效矩形应力图形代替曲线应力图形使计算简化，为中小型混凝土桥梁的加固提出了 种简便的方法。
