體外預(yù)應(yīng)力法在橋梁加固中的應(yīng)用

摘要：隨著時間的推移橋梁會逐漸老化，因而不能再滿足交通的需要，解決這個問題的主要方法之一就是對橋梁進(jìn)行加固和維修。當(dāng)下，橋梁的加固和維修已經(jīng)成為工程的熱點問題。本文詳細(xì)介紹了下?lián)问嚼瓧U加固補(bǔ)強(qiáng)方法中最常用的體外預(yù)應(yīng)力法，闡述了體外預(yù)應(yīng)力加固法的特點、使用條件、材料要求，并對體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計、施工過程和注意事項進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；加固法；橋梁加固

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路橋梁荷載噸位要求大大增加，舊橋的承載能力不再能滿足現(xiàn)今需要。對于舊橋的加固迫在眉睫。現(xiàn)行的橋梁加固補(bǔ)強(qiáng)方法很多，如粘貼鋼板或高強(qiáng)復(fù)合纖維、預(yù)應(yīng)力加固法、補(bǔ)強(qiáng)混凝土等。其中預(yù)應(yīng)力加固法通過施加預(yù)應(yīng)力、改變結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)受力，改善橋梁荷載的內(nèi)力分配，增加全橋剛度，閉合裂縫，并調(diào)整變形，是一種有效的加固方式[1]。

1 體外預(yù)應(yīng)力加固的特點

1.1 基本概念

體外預(yù)應(yīng)力加固是在原有橋梁的受拉區(qū)設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力拉桿拉桿錨固于梁的兩端，給梁施加軸向壓力和彎矩，或是結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力筋，使原來結(jié)構(gòu)變形狀態(tài)得到改善，從而達(dá)到提高承載力的目的，可以說它是后張預(yù)應(yīng)力體系的一個分支。預(yù)應(yīng)力加固法沒有應(yīng)力滯后的的缺陷，施工簡便，造價較低，便于在結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)檢測、維護(hù)和更換，適用于一般梁板結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、析架結(jié)構(gòu)加固。能夠較大幅度的提高舊橋的承載能力，能夠恢復(fù)橋梁或提高橋梁的荷載等級，經(jīng)濟(jì)效果比較明顯。由于預(yù)應(yīng)力束布置在結(jié)構(gòu)體外，因此需要考慮材料的耐久性、防火、防銹措施，此外，預(yù)應(yīng)力筋材料外露，有時會影響觀瞻和使用功能[2]。

1.2 構(gòu)件張拉形式

該方法是一種主動加固法，它不但能通過合適的預(yù)應(yīng)力值，使原構(gòu)件的受力性質(zhì)得到改變或受力大小得到調(diào)整，增加結(jié)構(gòu)的抗彎或抗剪承載能力，同時，還可減小梁的撓度和縮小原構(gòu)件的裂縫寬度。值得關(guān)注的是，混凝土結(jié)構(gòu)的體外預(yù)應(yīng)力中，混凝土的應(yīng)變變化值與任一截面處預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變變化值是不一致的。構(gòu)件張拉形式有水平拉桿、連續(xù)折線式拉桿、組合式拉桿、下?lián)问嚼瓧U。正截面受彎承載力不足可應(yīng)用水平拉桿來加固；正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不足可應(yīng)用下?lián)问嚼瓧U加固；當(dāng)正截面受彎承載力出現(xiàn)嚴(yán)重不足時，可應(yīng)用組合式拉桿；連續(xù)梁板結(jié)構(gòu)承載力不足可應(yīng)用連續(xù)折線式拉桿的加固，構(gòu)件變形、應(yīng)力的調(diào)整[3]。

1.3 基本要求

（1）混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在加固前一定要進(jìn)行一次現(xiàn)場檢測，原構(gòu)件強(qiáng)度等級不低于C25。（2）通常在以下情況可放棄加固。在化學(xué)侵蝕環(huán)境中，可以對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的；構(gòu)件溫度過度，同時又無隔熱防護(hù)措施；外表溫度已超過六十度的構(gòu)件；結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防裂度超過8度（3）在構(gòu)件正式建立預(yù)應(yīng)力前，先對預(yù)應(yīng)力筋預(yù)拉，以消除機(jī)構(gòu)間的間隙，進(jìn)一步調(diào)直預(yù)應(yīng)力筋，檢驗張拉系統(tǒng)的可操作性與協(xié)調(diào)性。（4）用預(yù)應(yīng)力筋加固連續(xù)板時，預(yù)應(yīng)力筋的彎折點位置宜設(shè)置在反彎點附近。這樣預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的向上托力較為顯著，能夠起到減少板跨的作用。

1.4 錨具、預(yù)應(yīng)力筋

（1）混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固，預(yù)應(yīng)力筋的選擇可以很廣泛，甚至可能會出現(xiàn)碳纖維制品。但不管是什么樣的材料，都要對其進(jìn)行分門別類，放置在合適的地方。所有預(yù)應(yīng)力筋都要按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行隨機(jī)抽取的力學(xué)性能檢驗，檢測合格后才可被運用于工程上。（2）預(yù)應(yīng)力筋用連接器、夾具和錨具必須符合設(shè)計規(guī)范要求，而且其性能要達(dá)到《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》GB/T14370中的標(biāo)準(zhǔn)。在使用前，要對連接器、夾具、錨具和預(yù)應(yīng)力筋實施外觀檢驗，確定其外觀良好，無裂紋、銹蝕、污物和機(jī)械損傷[4]。

2 體外預(yù)應(yīng)力加固應(yīng)用實踐

2.1 工程概述

某鋼棧橋計算跨度44.5m，橋面寬7.0m，兩側(cè)行人走道各0.75m，設(shè)計荷載汽車20t，驗算荷載掛車100t。交通橋結(jié)構(gòu)為體外預(yù)應(yīng)力筋鋼析架型式，由六棍鋼析架組成，橋體下部布置60束預(yù)應(yīng)力筋，橋面板為鋼筋混凝土預(yù)制面板。

在鋼析架的下部設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋，每榀鋼桁架設(shè)10Φ15.24mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線。預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置在每福鋼析架的下部，每榀鋼桁架設(shè)10Φ15.24mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線。每束鋼絞線設(shè)計張拉控制應(yīng)力為850N/mm2。為了防止橋的變形，可盡量減小鋼橋的用量，充分發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的效應(yīng)。在鋼析架中部設(shè)計預(yù)應(yīng)力索道支撐架，支撐架設(shè)置鋼套管，以增加預(yù)應(yīng)力筋的矢高，增大預(yù)應(yīng)力的豎向分力。

2.2 體外預(yù)應(yīng)力筋施工

材料。預(yù)應(yīng)力筋選用低松弛無粘結(jié)鋼絞線，φ15.24mm，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度1570MPa，外包防護(hù)層，其性能參數(shù)符合ASTM（A416～90）標(biāo)準(zhǔn)要求，張拉控制應(yīng)力σcon=850mm2，共用XM15－I錨具120套。（2）張拉準(zhǔn)備。ZB4/500型高壓電動油泵2臺和2臺YC20D型千斤頂。張拉前要做足準(zhǔn)備工作，確保高壓電動油泵和千斤頂工作正常，同時對千斤頂和壓力表進(jìn)行標(biāo)定，壓力表讀數(shù)與千斤頂張拉力為正比關(guān)系曲線。（3）下料。為了防止預(yù)應(yīng)力鋼絞線外包PE層遭到破壞，可在下料前提前在地上鋪墊編織布。使用砂輪切割機(jī)切割，下料長度為自然跨度46.8m加外露長度。然后清理鋼絞線的外包層，將上面的防腐油脂清洗干凈。為了方便，可以在鋼絞線的兩端分別記尋相同的編號。(4)穿束與編束。穿束是指復(fù)查鋼絞線的熱擠PE套，確認(rèn)其未出現(xiàn)破損，如果大面積出現(xiàn)，就要重新下料更換鋼絞線。編束則是為了防止穿束中預(yù)應(yīng)力鋼絞線叉纏繞，便將5根鋼絞線編為一束。用繩子綁好鋼絞線一端，進(jìn)行人工穿束，穿好后將錨具裝上即可。（5）張拉。張拉前先對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行預(yù)緊調(diào)直，然后在兩端對預(yù)應(yīng)力筋同時進(jìn)行張拉。張拉分兩次進(jìn)行，第一次0～0.4σcon、第二次0.4σcon～1.0σcon。第一次張拉到0.4σcon后將橋面板安裝上去，回填混凝土完成養(yǎng)護(hù)后即可進(jìn)行第二次張拉。測量鋼析架的位移。在整個過程中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計步驟進(jìn)行，張拉力以油表讀數(shù)為準(zhǔn)，張拉力大小要嚴(yán)格控制。通過張拉端預(yù)應(yīng)力筋伸出墊板外的長度來測量預(yù)應(yīng)力筋的伸長值，理論伸長值與實測伸長值會存在一些誤差，但一般不會超過5%～10%。（6）質(zhì)量控制。質(zhì)量控制是預(yù)應(yīng)力筋施工的關(guān)鍵，其主要包括以下幾個方面：張拉墊板上確定將雜物已清理干凈；墊板上外露鋼絞線雜物已清理干凈；預(yù)應(yīng)力鋼絲束梳理順直，未出現(xiàn)扭麻花、纏紋等現(xiàn)象；錨夾具在使用前應(yīng)仔細(xì)檢查其外觀質(zhì)量，裝錨夾具時應(yīng)將錨環(huán)緊貼墊板，夾片鎖緊，且使三片平齊；張拉過程中加載和卸載的速度需控制好，使預(yù)應(yīng)力筋充分伸長，同時減小錨固回縮損失；轉(zhuǎn)向塊應(yīng)滿足張錨體系及傳力的功能耍求，保證有效傳遞應(yīng)力；防腐施工要根據(jù)設(shè)計要求，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，防止預(yù)應(yīng)力鋼材和錨具等發(fā)生銹蝕[5]。(7)切筋封端。將多余的無粘接筋使用砂輪機(jī)切去，切忌不可使用電弧焊切割。切后無粘結(jié)筋外露切片要小于30mm，可用專門的保護(hù)套將其封閉嚴(yán)實，然后在錨具與套之間均勻涂上一層油脂，盡快用C40混凝土密封堵死。

3 最終效果

在這次鋼棧橋加固中，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)充分展現(xiàn)了施工簡便、造價低廉、安全牢固、工期短的特點。預(yù)應(yīng)力筋采用單根兩端張拉，并按照兩次張拉的順序進(jìn)行張拉，以控制鋼棧橋的變形，保證鋼結(jié)構(gòu)工程中預(yù)應(yīng)力的有效傳遞。

4 結(jié)束語

預(yù)應(yīng)力加固法能較大幅度地提高構(gòu)件的承載力，且它具有施工簡單、合理、方便等優(yōu)點，己成為橋梁界的新熱點，現(xiàn)而今，預(yù)應(yīng)力加固主要用于舊橋的加固，收到很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，是一種有效的主動加固法。

參考文獻(xiàn)

[1]李海洲.淺談路橋施工中體外預(yù)應(yīng)力加固法的工程應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2010，(06)

[2]扈炳剛，宮立柱.小議橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固方法及計算過程[J].民營科技，2009，(12)

[3]王雷，王曉民.體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用[J].民營科技，2010，(02)

[4]汪勁豐.預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋施工控制的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2003

[5]程召華，程征.路橋建設(shè)預(yù)應(yīng)力技術(shù)質(zhì)量控制[J].民營科技，2009，(09)