体外预应力技术在桥梁加固中的应用
2015-07-06
1、引言
在我国经济建设快速发展的今天，社会生产力快速提高，我国的桥梁工程建设发展迅速，更多的大跨度、高难度的桥梁不断建成，然而新建的桥梁由于施工技术不当或者材料不符合要求，新建的桥梁承载能力达不到设计要求，需要对桥梁进行加固处理，同时，早起修建的桥梁随着负荷的加重，再加上桥梁自身的老化，很多桥梁己不能满足现代的交通运输要求，甚至成为危桥，大量的旧桥、危桥需要维修加固，体外预应力技术应运而生。体外预应力技术对桥梁加固是一种效果明显、使用广泛的方法。它是通过在桥梁受拉区体外施加预应力，使得在受拉区不利弯矩的方向产生相反的弯矩，从而增加了桥梁的承载能力。
2、工程概况
某桥梁修建于上世纪80年代中期，是连接当地主干道公路的重要桥梁，设计为104(32+40+32)m3跨钢筋混凝土连续梁桥，支点处梁高2.0m，跨中梁高1.1m，采用C30混凝土。由于汽车超载和养护不当，该桥梁部分混凝土已经破损、脱落，桥面出现了纵向裂缝，主钢筋裸露在空气中并严重锈蚀。随着时间的推移和交通量的日益增加，桥面出现了下沉，桥面原来的标高设计业出现了偏差。为了既能对桥梁加固施工，又不影响桥梁交通的前提下，经过研究分析，对桥梁采用体外与用力加固的方法对桥梁维修加固。通过体外预应力击鼓方法使得桥梁的标高恢复，桥梁的承载力和耐久性都得到了明显的提高。加固方案如图1，加固体系简图如图2，加固后的支座应力与加固前应力的比较如表1。
3、体外预应力技术和结构的优点
3.1体外预应力技术的优点
体外预应力技术咋桥梁加固施工中有着良好的优越性，其优点表现如下：①施工简单方便，对桥梁加固施工时不需要对桥梁封锁，在不影响交通的情况下文明施工；⑦体外预应力施工，使得预应力筋和混凝土截面分开，这样可以大大的提高混凝土的使用时间，同时方便在今后的维修；③运用体外预应力对桥梁加固施工时，不会桥梁截面大小，对结构本身的自重影响小，不会很大的增加桥梁自身荷载；④体外预应力技术施工过程可更换预应力筋，方便在使用时进行检测和维修；⑤体外预应力技术不占用原来结构空间，施工过程不会因打孔而减低桥梁的承载力，保证了桥梁的正常使用功能；⑥利用体外预应力技术预应力筋和混凝土之间相符没有粘结，这样使得由荷载产生的应力变化全部分散在预应力筋上面，而且应力变化范围较小，这样有利于承受较大活荷载。
3.2体外预应力结构的优点
利用体外预应力技术家督的桥梁结构相比其他方法加固的桥梁结构有如下几个优点：①体外预应力结构采用体外索可以简化并加速桥梁的加固施工，节省资金投入；②利用体外预应力技术加固的桥梁结构可以控制体外索的应力，这样能够快速的检测到预应力筋的锈蚀情况，必要时替换钢绞线束；③对于箱梁桥梁的加固，在箱梁壁内不设置预应力管道，这样更加方便混凝土的浇筑，同时可以减小箱梁的壁厚，减轻结构自重；④体外预应力结构简化了曲线预应力筋，减少了摩阻损失。
4、常用的体外预应力加固方法
采用体外预应力技术对梁式桥梁进行加固，是在梁的下缘受拉区设置预应力粗钢筋拉杆或者预应力钢束，通过预应力粗钢筋拉杆或者预应力钢束张拉产生偏心预应力，在偏心力作用下使得梁体上升，桥梁的挠度减小，从而大大的提高桥梁的承载力，达到加固的目的。常用的体外预应力加固的方法有两种：下撑式预应力拉杆(粗钢筋)加固法和体外预应力钢丝柬加固法。
4.1下撑式预应力拉杆(粗钢筋)加固法
下撑式预应力拉杆(粗钢筋)加固方法是在桥梁下部空间足够的情况下使用，一般是在桥梁下设置预应力(粗钢筋)拉杆来补强，也可以在离两端第二个横隔板上锚固粗钢筋拉杆，通过改变支撑点的位置和调整拉杆的拉力来提高承载力。这种方法包含横向收紧张拉法、纵向张拉法和竖向顶撑张拉法。
4.1.1横向收紧张拉法
一般梁两端距离很小时采用横向收紧张拉法，横向收紧张拉法是在梁肋底面两侧分两层布置粗钢筋拉杆，拉杆在靠近两端一头弯起，弯起的拉杆与固定在两端的U形锚固板焊接，通过栏杆与锚固板的连接，弯起的拉杆用段钢筋支撑，在其纵向方向上在隔有一定间距的位置上设置一道撑棍和锁紧螺栓，这样就可以通过收紧器把拉杆横向收紧使得拉杆受力，这样就可以在梁体内产生预应力。加固方法如图3。
4.1.2纵向张拉法
纵向张拉法是沿着预应力筋的轴线对桥梁施加预应力，通过在桥梁底部布置预应力拉杆粗钢筋，钢筋两端均弯起，并锚固于梁的腹板或顶板上，再沿着梁底或梁顶进行纵向张拉，这样就可以以减小梁两端的剪力，从而提高了桥梁的抗剪能力。
4.1.3竖向顶撑张拉法
竖向顶撑张拉法是先在梁端底部设置U形钢锚固板，并沿梁底部设置粗钢筋拉杆，拉杆两端均焊在锚固板上，在梁跨径1／4处及跨中设置张紧夹具并安装在梁腹或横隔板上的承托架上来给钢筋拉杆施加预应力，钢筋拉杆的预应力只达到设计要求时，钢筋拉杆与梁底面使用钢筋混凝土垫块楔紧，这样就可以使得钢筋拉杆固定并保持张拉力，最后将张紧夹和承托架拆除，对钢筋拉杆进行防锈处理。
4.2体外预应力钢丝束加固法
体外预应力钢丝束加固法一般是沿着梁肋侧面按照抛物线线形来设置预应力钢丝束，为了对钢束丝固定，在梁的底部每隔一段距离设置一个定位箍圈，距离一般在50～100cm，钢束丝的两端需要穿过端翼缘板上的斜孔并延伸至梁顶加以锚固，通过钢束丝来给桥梁一个预应力，以增加其承载力。
5、体外预应力技术在桥梁加固中的应用
5.1恢复桥面设计标高
体外预应力技术恢复桥面标高，就是通过利用临时的横向钢桁架体外预应力索作用于桥跨跨中，给桥面一个向上的作用力，使得桥面标高得以恢复。首先使用横向支撑排架和体外预应力索对桥面的标高进行校正，再在桥梁的体外、跨中和上侧架设横向的预应力转向桁架，通过预应力转向桁架把桥面太高的力转给桥墩，通过对预应力的不断调整，逐渐的把桥面抬到原始设计标高位置。
5.2截面裂缝修补
由于交通量的增加、长期超负荷和偶然较强荷载的撞击，桥梁的截面往往会出现裂缝。由于桥梁的刚度大，钢桥跨中下的挠度大，桥面裂缝一般出现在墩顶范围之内，而桥梁跨中位置的裂缝往往会出现在梁的底板、翼板和腹板上。通过体外预应力技术对截面裂缝修补，先对截面裂缝进行检查，使用25倍读数显微镜对裂缝进行检查，对于大于0.3mm的截面裂缝全部使用高强度的粘结剂封闭，然后插入压浆嘴将高分子材料压入并填充裂缝，对于出现在桥梁1／4处的腹板斜截面裂缝，用钢板进行体外预应力加强。
6、结束语
我国地形复杂，桥梁众多，很多桥梁由于年限已久，严重的影响了我国的交通状况，对旧桥、危桥拆除新建需要浪费大量的人力、物力和财力，而且还会导致我国公路交通暂时性的瘫痪。通过使用体外预应力加固技术对桥梁的维修，可以大量的较少混凝土的用量，而且施工简单快捷，能够保证施工质量，更重要的是采用体外预应力施工对交通影响小，保障交通。通过对体外预应力技术的不断发展与实践应用，体外预应力技术已经趋于完善，相信在今后的桥梁建设与旧桥的加固工程中，体外预应力技术会得到越来越广泛的应用，为我国桥梁工程带来新的发展希望。
