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論橋梁體外預應力加固技術的應用

發布時間：2014-12-03

　　摘要：在經濟建設和科學技術發展迅速的當下，預應力技術在橋梁施工中的應用越來越廣泛，但是由于預應力張拉施工工藝復雜，專業性較強，在實際施工中出現許多質量問題。本文結合工程實例，主要闡述預應力技術在橋梁施工中的應用，介紹了其在工程應用中的優缺點，以供參考借鑒。
　　關鍵詞：橋梁加固；施工技術；預應力；設計
　　1 引言
　　體外預應力筋布置在截面外，孔道防腐材料灌注質量容易檢查，防腐質量可以得到保證，避免了體內布筋時腹板中由于波紋管較密，腹板不易振實的缺點，質量容易保證�？呻S時檢查力筋狀態，補拉應力損失，甚至替換失效鋼束，可以全梁加固，也可局部加固。它不僅可以用來改善梁的受彎性能，還可以用來改善構件抗剪性能。因此，體外預應力技術是一種高效、經濟且施工方便的結構形式，具有極大的發展前景。
　　2 預應力加固橋梁施工技術案例
　　2.1 連續箱梁橋
　　2.1.1 工程概況
　　某跨線橋全橋長748.4m，分為左右幅，每幅25跨4聯，跨徑組合為：左幅（29.88m+7×29.87m）+（20.63m+4×29.87m）+（6×29.87m）+（3×29.87m+29.88m+29.88m+29.91m）；右幅（30.12m+5×30.13m）+（6×30.13m）+（20.81m+6×30.13m）+（4×30.13m+30.12m+30.11m），標準跨為30m，上部結構采用部分預應力混凝土連續箱梁，為雙幅單箱單室。橋梁下部結構為獨柱與雙柱式橋墩，鉆孔灌注樁基礎，橋臺為肋板埋置式橋臺，伸縮縫在中墩處采用SSF-160B型橡膠伸縮縫，橋臺采用ABOSD-125橡膠伸縮縫。該橋設計荷載為：汽-超20級，掛-120級。
　　2.1.2 加固前主要病害
　　1）主要病害為橋梁體跨中、以及橋墩頂部位出現豎向裂縫，并且還有個別的墩頂附近會出現斜向裂縫。
　　2）梁體局部有露筋、銹蝕等現象；梁體有局部破損及劃痕。
　　3）箱梁底板1/4跨—3/4跨橫向裂縫與腹板豎向貫通裂縫有明顯的發展，數量增加、寬度及長度增大，為“L”、“U”形裂縫。
　　4）箱梁內部頂板也出現多條縱向裂縫與網裂。
　　2.1.3 病害原因分析
　　造成上述病害的主要原因主要是交通量過大、超載車多，使橋梁長期處于超負荷工作狀態，結構承載能力不夠；其次，原設計承載力對目前交通量的發展估計不足。
　　2.1.4 體外索加固設計要點
　　1）箱梁腹板兩側加厚并設置小股預應力束N1（7φs15.2）、N2（5φs15.2），邊跨箱梁內腹板增設N3（7φs15.2）束，以提高正彎矩區極限承載能力，增加結構預應力度，具體布置如圖1所示。
　　圖1 腹板加厚并設置小股預應力束布置圖（cm）
　　2）箱梁墩頂區橋面鋪裝層內設置小股預應力束（2φs15.2），以提高墩頂負彎矩區的抗彎承載能力及壓應力儲備，具體布置如圖2、3所示。
　　圖2 負彎矩區預應力橫斷面圖（cm）
　　圖3 負彎矩區預應力縱斷面圖（cm）
　　2.1.5 體外預應力索加固效果
　　荷載試驗結果表明，試驗效率系數滿足規范規定要求，試驗結果可用于評定；結構在卸載后基本能夠恢復變形，相對殘余變形和相對殘余應變均小于20%，滿足規范要求，說明加固后結構處于彈性工作狀態；通過加固前后對比分析，說明結構剛度有明顯提高。
　　通過試驗結果分析，腹板兩側張拉預應力鋼束后，跨中截面的應力狀況有明顯改善；墩頂張拉預應力鋼束后，墩頂截面應變有較明顯的改善，截面應力狀況得到較大改善。
　　2.2 T型剛構橋
　　2.2.1 工程概況
　　某大橋橋梁為混凝土T梁橋，總長2024.321m，橋寬14.84m，橋跨組合為：10×16m+3×30m+（55m+80m+55m）+23×30m+（65m+2×100m+65m）+10×30m+16×16m。加固工程主要對該大橋兩處T構進行維修加固：（55m+80m+55m）雙T構帶掛梁；（65m+2×100m+65m）三T構帶掛梁。
　　2.2.2 加固前主要病害
　　1）T構箱梁內部腹板均有斜裂縫，裂縫距離懸臂端2.5～13m，縫寬在0.2mm左右，其中80mT構腹板斜裂縫寬度達到0.25mm，均屬受力裂縫；
　　2）T構箱梁內部頂板存在大量繼續開展、寬度在0.15mm左右的縱向裂縫，分布密度大，且有新裂縫發展；
　　3）100m跨T構箱梁內部靠近端橫隔板6m處腹板有3個錨頭外露銹蝕，27號墩南側T構箱梁右室頂板有一處鋼絞線外露銹蝕；
　　4）41、42號T構橋端船撞后混凝土破損面積較大，42號T構有露筋及穿孔現象；
　　5）T構箱梁懸臂端有較為明顯下撓變形。
　　2.2.3 加固設計要點
　　為了提高該大橋主跨T構的剛度及承載能力，在一定程度上改善箱梁應力狀態，需在箱梁內部增設預應力鋼束（12φs15.2），每個T構4根預應力鋼束（見圖4、5），張拉端均位于兩端牛腿錨固端。轉向處新增橫隔墻和縱梁，牛腿錨固端均采用C50混凝土。
　　預應力錨具采用OVM15-12型，鋼絞線采用標準強度1860MPa。
　　圖4 T構預應力束布置圖（m）
　　圖5 斷面圖
　　T構加固目標：維持橋梁原荷載標準的前提下恢復橋梁承載力，維持橋梁外形和結構體系不變。主要通過兩方面措施來實現：
　　1）采用粘貼鋼板和碳纖維布的加固方法，對局部構件承載力加強；
　　2）通過在T構箱內增加體外預應力束來改善線性和提高承載力、減少撓度。
　2.2.4 體外預應力索加固效果
　　1）靜載試驗結論：偏載情況下跨中截面最大正彎矩靜力荷載試驗效率為0.98，墩頂截面試驗效率為1.0，滿足規范要求；跨中截面、墩頂截面應變校驗系數分別為0.79和0.76，介于規定常值范圍（0.75～1.05），截面強度滿足要求；跨中截面實測彈性撓度最大數值為11.07mm<規范要求（50mm），剛度滿足要求。
　　2）動載試驗結論：脈動試驗測出結構固有頻率值較理論計算值大，且各階振型與有限元計算結果吻合較好，橋梁整體剛度滿足要求；橋梁平均阻尼比為3.0%，無障礙行車試驗不同行車速度下撓動對應的動力系數為1.048，小于設計值1.075。
　　該大橋主跨加固完成后，橋跨結構工作狀態良好，承載能力滿足設計荷載標準（汽車-20，掛車-100）的要求，該次加固施工實現了加固設計意圖，達到理想的加固效果。
　　3 分析
　　橋梁體外索加固技術在橋梁加固施工中應用比較廣泛，在確保結構的正常安全營運同時取得了良好的經濟和社會效益。
　　通過進行現場實際施工，對比以往常規加固方法，增設體外預應力加固法有如下優缺點：
　　3.1 優點
　　1）錨固構件尺寸小，自身質量增加少；
　　2）增加荷載效果明顯；
　　3）對橋梁損傷小，施工完成后不影響橋下凈空；
　　4）預應力布置方式可以根據橋型和病害情況而靈活選擇；
　　5）增設的預應力索可以安裝索力監測器，及時掌控應力變化，了解結構受力情況。
　　3.2 缺點
　　1）錨固及轉向區域局部應力較大，易產生應力集中，局部應力大，需嚴格控制該位置施工質量；
　　2）體外索張拉力噸位較小，不能充分發揮體外索強度高的優點，對錨具及夾片的要求很高；
　　3）預應力筋和橋梁結構自身的變形不同步，易造成預應力損失。
　　如何在以后的施工和設計中發揮體外預應力加固方法的優點、克服其缺點，找到其最佳結合點是今后一個重要研究方向。
　　4 結語
　　總之，體外預應力加固技術不但能提高舊橋抗彎、抗剪承載能力，還可以節省鋼筋，減少管道摩阻損失，具有其他結構形式所無法比擬的優點。隨著相關理論的不斷完善、技術體系的發展，體外預應力技術將有更大的發展前景。
　　參考文獻：
　　[1]熊學玉、王壽生.體外預應力梁振動特性的分析與研究[J].地震工程與工程振動.2005（02）.
　　[2]康葉銘、陳國剛、高立明.體外預應力連續梁的等效荷載計算[J].山西建筑.2006（02）.

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