公路橋梁工程中預應力混凝土橋梁的檢測與加固

田永安

摘 要:本文主要根據公路橋梁工程中預應力混凝土橋梁所產生的問題,分析預應力橋梁產生的問題,介紹公路橋梁工程中預應力混凝土橋梁的檢測技術及方法,并提出相應的加固措施。

關鍵詞:預應力混凝土橋梁檢測加固

中圖分類號:U445 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0108-01

1 預應力混凝土橋梁所產生的問題

近年來,人們發現我國預應力混凝土橋梁經常會因為施工的因素而產生裂縫,而難以達到工程設計要求,進而影響橋梁的正常使用功能,還發現在國內外建成的預應力橋上都存在類似的問題。因此國內外橋梁工程專家都在針對這一問題進行科學的研究分析,希望找到合理科學有效的技術方法。而關鍵是裂縫的性質、橋梁工作狀況和承載能力決定了裂縫的處理方法。因此裂縫的成因分析和對結構影響程度分析對預應力結構橋梁裂縫的處理方法起著至關重要的作用。

2 預應力混凝土橋梁的檢測

2.1 在役預應力混凝土預應力局部破損檢測技術

局部破損檢測是利用儀器對構件局部進行損傷探測,根據所獲取的數據,分析判定構件破損性能的檢測手段。局部破損檢測法主要包括預應力筋直接檢測技術和應力釋放法。

a)預應力筋直接檢測技術:在預應力筋上布置傳感器,可通過傳感器直接測量預應力鋼筋和混凝土構件的應力狀態。目前粘貼光纖光柵傳感器已得到廣泛的應用,同時我們還需要對傳感器的復合工藝進行研究,以減少孔道中因摩擦和擠壓所造成的數據失真的影響。

b)應力釋放法:它是通過機械切割將約束產生的應力釋放的最為適用的檢測方法之一。應力釋放法最早應用在測量結構構件的殘余應力,通過測量構件分割前后的位移和應變,再經換算成應力。其基本原理是對有初始約束應力的測試構件,采用機械切割的方法使約束產生的應力被釋放根據測試切割前后構件的應變的變化關系,通過分析得到構件應力狀態。

2.2 檢測方法

a)電磁效應檢測法:電磁效應檢測可以分為渦流、測漏磁和磁粉檢測,它是根據相關磁場變化的原理進行細致分析和檢測。研究發現,它是利用磁通量泄漏原理檢測預應力筋的預應力損失。當應力大小發生變化時,由于物體體積伸縮變化引起磁通路面積發生變化,進而引起中磁通量的變化,致使磁感應器線圈中感應電流大小也隨之發生變化,由此變化間接地反應出橋梁結構內預應力的變化。人們就是利用這一原理來檢測應力變化的,它的最大優點就是檢測速度快,及時的發現應力變化,實現遠距離的非接觸測量,但它的測試結果容易受很多方面因素的影響,可靠度和精度難以達到要求的目標,而且很難標定測量值。并且它對材質較敏感,只能用于鐵磁材料。電磁效應法是通過外部提供磁場實現工作的,這就容易導致不得不利用笨重的設備,再加上能源浪費,磁化不均勻、剩磁和磁污染等問題不斷。這決定了它不能在工程中得到廣泛的應用。

b)超聲波檢測法:超聲波法用于非破損檢測技術,利用超聲波在混凝土中的傳遞過程,獲得物體內部具體信息的一種檢測方法。由于混凝土組成顆粒小、密度大、密度分布較為均勻,所以聲波能均勻地傳播,大量實驗證明,混凝土的波速與混凝土抗壓強度有正相關關系,混凝土的聲波速度可以作為評價混凝土抗壓強度與密實度的定量指標,從而達到對其內部缺陷及其位置等準確檢測的目的。通過超聲波技術檢測,對掌握預應力橋梁混凝土裂縫深度,耐久性診斷和研究修補、加固對策有重要意義。測定裂縫深度,基本上都是將發射探頭和接收探頭布置在混凝土同一面上的裂縫附近,但由于所選用的波形種類和聲學參數的不同,如成像圖中紅色部分表示質量好,黃色為較好,深藍為混凝土不密實,有質量問題。

3 預應力混凝土橋梁的加固

3.1 直接加固

預應力混凝土橋梁直接加固方法是粘鋼加固法,它是在混凝土構件表面用特制的建筑結構膠粘貼混凝土鋼板,使之緊密結合,以達到提高混凝土承載力的一種粘貼加固法。它是建筑工程中混凝土結構工程中專用高效高能加固膠,它粘結力強,耐老化性能好,彈性模量高,加大截面加固。在鋼筋混凝土受彎構件受壓區可以通過增加截面受壓區有效高度,擴大截面面積,添加混凝土現澆層,從而提高構件正截面抗彎承載力和斜截面抗剪承載能力,改善受彎承載力和截面剛度,以達到加固補強結構的作用。增加截面加固法從設計構造方面出發,合理解決預應力橋梁混凝土新加部分與原有部分的共同受力的問題,以實現受力平衡。通過大量科學研究實驗證明,加固混凝土結構在受各種復合力作用過程中,橋梁截面結合面會出現拉、壓、彎、剪等各種復雜應力共同作用,而剪應力和拉應力的作用更為明顯。在彈性階段,結合面兩邊新舊混凝土的粘結力度主要有剪應力和法向拉應力兩部分組成;當混凝土截面開裂后或達到極限狀態時,截面可通過錨固鋼筋或錨固螺栓所產生的被動剪切摩擦力實現力的有效傳遞。

3.2 間接加固

預應力加固法是通過采用預應力鋼鋼絞線拉桿或型鋼撐桿對預應力混凝土結構進行加固的有效加固方法,通過預應力鋼筋,改變了原結構內部應力分布情況,致使消除一般加固結構中應力應變滯后現象,使后加部分的應力和原結構能共同工作,有效提高結構的承載能力,減少結構的變形、裂縫寬度,起到加固結構的功能。

預應力水平拉桿之所以能達到加固的混凝土受彎構件的效果,關鍵在于預應力和新增外部作用荷載的共同作用下,拉桿受拉產生軸向力,該力通過桿端錨固節點有效的傳遞到構件上,致使混凝土構件產生偏心受壓作用,并克服部分外荷載產生的彎矩,有效減少了外荷載作用效果,從而有效提高了混凝土構件的抗彎承載能力。同時,由于拉桿的壓力作用,致使有效的緩解、控制構件裂縫的發展,提高了預應力構件的斜截面抗剪承載力。因此,加固后構件的承載力主要取決于壓彎狀態下原構件的承載力。

4 結語

通過對我國現今預應力橋梁預應力檢測方法和技術的比較表明,只有通過部分區域的局部破損檢測和大范圍的無損檢測方法相結合的原則,才能改善和提高橋梁預應力的持久應力的高精度有效測試。同時,也可以通過在預應力鋼筋中埋設智能傳感器的方法,對在役預應力混凝土橋梁的持久應力進行長期監測,及時發現問題,解決問題。當出現預應力混凝土橋梁裂縫時,我們要正確分析裂縫成因,并對結構工作狀態和承載能力的影響程度做出科學的分析判斷,及時有效的提出安全、適用、經濟、科學的加固處理措施。

參考文獻

[1] 章凱.預應力混凝土橋梁的裂縫檢測及加固[J].山西建筑,2007.