橋梁體外預應力加固技術設計方法探討 (預應力高強度精扎螺紋鋼筋及配件咨詢電話15122629589)
隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展,各種重型車輛,尤其是工程用重型運輸車的不斷出現(xiàn).橋梁負荷日趨加重,部分舊橋老化、破損嚴重,甚至設計荷載等級已不能要求使用滿足。因此對舊橋、危橋的加固維修,及如何提高其承載力的問題,開展有關的維修與加固方法研究是非常有必要的。
二.體外預應力加固技術簡介
體外預應力是后張預應力體系的重要分支之一。不同于傳統(tǒng)的后張有粘結(jié)或無粘結(jié)預應力結(jié)構,體外預應力結(jié)構是將預應力束布置于結(jié)構主體截面以外施加預應力的一種結(jié)構體系。體外預應力體系由四個基本部分組成:體外預應力索;體外索錨固系統(tǒng);體外索轉(zhuǎn)向裝置;體外索防腐系統(tǒng)(圖1)。
體外預應力技術適用范圍非常廣泛,不僅可以應用于新建工程,更適用于舊結(jié)構的改造與加固。體外預應力技術在舊橋加固改造工程中有以下優(yōu)點:
1.受力明確、施工簡便、不影響正常交通;
2.在自重增加很小的情況下可大幅度改善和調(diào)整原結(jié)構的受力狀況,提高結(jié)構剛度和承載能力;
3.維護修補方便,可以隨時更換預應力筋;
4.對原橋的結(jié)構損傷很小,可以做到不影響橋下凈空.且不增加路面標高。
三.加固設計一般步驟
1.體外預應力筋面積的估算在實際工程加固中,常常采用虛功原理或力法進行結(jié)構計算,以簡支梁為例。該方法是根據(jù)結(jié)構力學的力法原理以體外索的應力為變量,通過切斷水平筋擴作用單位力Xp=1,則由力法方程有:
可采用預應力度法確定體外預應力筋的拉力Ny,而:
式中:Npe−預應力放張后體外筋的有效預拉力;Xp−活載作用下,體外預應力鋼筋的拉力增量。
結(jié)合(1)~(3)式,可求出體外預應力筋用量Ay.
2.加固體系的驗算
確定體外預應力筋的用量及設計張拉力后,應對加固后橋梁的各項使用性能指標進行驗算。使用階段的驗算包括混凝土應力的驗算、原梁內(nèi)鋼筋的應力驗算、體外預應力筋的驗算、裂縫驗算及撓度驗算等。根據(jù)結(jié)構的工作狀態(tài),求出使用荷載作用的計算值與材料的允許值相比較,判斷是否滿足要求。
極限強度驗算是指根據(jù)實際的體外預應力筋配筋情況,計算加固體系的極限抗彎強度和抗剪強度,判斷其是否滿足設計要求。如果加固體的驗算不能滿足設計的要求.則需要重新進行配筋計算。
圖2某大橋T梁加固示意圖
3.錨固端及轉(zhuǎn)向塊設計
體外預應力加固技術,轉(zhuǎn)向塊和錨固端構造設計很關鍵必須充分考慮結(jié)構的特點和使用功能等要求。錨固端及轉(zhuǎn)向塊的設置可利用原結(jié)構橫隔或新增橫隔,新增橫隔必須與原有結(jié)構可靠連接,需要根據(jù)具體的梁截面形狀、拉索類型來定。
錨固端的作用就是要將拉索兩端的錨具與梁體固定和連接,以便將拉索的拉力傳遞給梁體。當使用膨脹錨栓或者種植高強錨桿(或鋼筋)來固定錨固端時,應充分了解原梁體鋼筋的分布情況,避免鉆孔對原結(jié)構的損傷。施工時需借助鋼筋探測儀器,核實鋼筋的實際擺放位置。
轉(zhuǎn)向塊擔負著鋼索轉(zhuǎn)向的重要任務,在結(jié)構加固工程中形式很多樣,應根據(jù)實際情況進行設計。例如:梁側(cè)力筋向下彎折處可采用鋼吊棍作為轉(zhuǎn)向裝置,力筋向上彎折處可在梁側(cè)加肋與力筋接觸處設置支承墊板;在梁頂或梁底的轉(zhuǎn)向裝置可通過在梁體直接設支承墊板完成,但此時應能確保加固梁的混凝土的強度達標,不會在墊板處造成局部破壞。
四.工程實例
該橋建于上世紀80年代初,為11孔16m跨簡支梁橋,原設計荷載為汽-20級,經(jīng)過多年的使用,橋梁已出現(xiàn)不同程度的破損。廣州建設工程質(zhì)量安全檢測中心于2007年11月對該橋進行了檢測,檢測結(jié)論認為:“該橋部分橋跨在整體受力性能上不能滿足設計和使用要求,同時為防止結(jié)構工作狀態(tài)進一步惡化,并鑒于該橋位于市區(qū)交通主干線上,長期處于超載狀態(tài),需要對該橋進行重建或大修?!?br />
綜合比較各種加固方案后,最終決定采用體外預應力加固的方法對舊橋丁梁進行加固。針對丁梁跨中截面抗彎能力不足的問題,在梁肋底張拉預應力水平筋,水平筋為2根JL32精軋螺紋鋼筋,兩束預應力索布置在兩榻丁梁之間,兩端分別錨固在梁底的轉(zhuǎn)向塊上(圖2)。兩個轉(zhuǎn)向塊對稱設置在1/4橋跨橫隔板處,轉(zhuǎn)向塊采用6~28mm的鋼板制成。轉(zhuǎn)向塊的固定首先需要預埋好支撐板,施工前先將梁橫隔板底貼鋼板處混凝土鑿除1cm,再用環(huán)氧砂漿將支撐鋼板粘貼在梁的橫隔板底面上,然后將轉(zhuǎn)向鋼板與預埋的支撐板頂緊焊接。
另外針對梁體根部抗剪承載能力不足的問題,采用在腹板錨固斜拉桿的方法進行加固,斜桿由16a槽鋼和鋼板焊接組成。上錨固塊首先用環(huán)氧砂漿將粘貼在梁體腹板上,再采用高強螺栓將錨固塊固定在腹板,由于螺栓孔位是根據(jù)舊橋施工圖鋼筋位置確定的,與其實際情況存在一定的偏差,因此在確定錨固及打孔的位置前,需要進行必要的鋼筋探測防止螺栓孔位與鋼筋沖突。
精軋螺紋鋼采用熱鍍鋅防銹層,外套熱壓成型的PE塑料保護套防腐。對于同一根梁的兩側(cè)預應力鋼筋應做到同步張拉。每根索的設計張拉力為20Mpa,根據(jù)計算,加固后橋梁抗彎承載力提高約15%,橋梁跨中撓度值減小1.5mm。
五.結(jié)論
體外預應力加固方法,在提高舊橋抗彎、抗剪承載能力的同時,可節(jié)省鋼筋,減少管道摩阻損失,另外體外預應力筋布置靈活,安全可靠,特別是可以在結(jié)構正常工作情況下實現(xiàn)調(diào)索和換索,是其他結(jié)構形式所無法比擬的優(yōu)點。隨著相關理論的不斷完善、新型材料和新型錨固體系的發(fā)展,為體外預應力技術的應用帶來了新的活力,使得這種技術有更加廣泛的發(fā)展應用前景。
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