小型橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)研究

潘友彬

摘要 在進行小型橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固方法設(shè)計時，先應(yīng)確定加固體系的承載能力，通過在橋梁體外布設(shè)鋼絞線作為體外預(yù)應(yīng)力筋，確保與橋梁主體結(jié)構(gòu)牢固連接。在完成鋼絞線的布設(shè)后，計算體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量。在此過程中，考慮加固材料的強度、體外預(yù)應(yīng)力筋的布置等因素。最后對小型橋梁的柱節(jié)點核心區(qū)進行加固，通過增加節(jié)點核心區(qū)箍筋、改善節(jié)點核心區(qū)混凝土的澆筑質(zhì)量或增加節(jié)點核心區(qū)的約束等方法來實現(xiàn)。測試結(jié)果顯示，撓度變化值與設(shè)計理論值相接近，校驗系數(shù)在0.75～0.93之間，說明采取小型橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)后，小型橋梁的撓度變化符合預(yù)期效果，具有較強的實用性。

關(guān)鍵詞 小型橋梁；體外預(yù)應(yīng)力；加固體系；鋼絞線；預(yù)應(yīng)力筋

中圖分類號 U445.7+2文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0075-03

0 引言

體外預(yù)應(yīng)力加固方法是一種非常有效的橋梁加固施工技術(shù)，通過在橋梁外部施加預(yù)應(yīng)力，實現(xiàn)對橋梁的承載能力和結(jié)構(gòu)性能的提升作用。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)具有施工方便、對原結(jié)構(gòu)影響小等優(yōu)點[1]，在對橋梁工程的加固施工中得到了廣泛應(yīng)用。小型橋梁由于規(guī)模較小，一般主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及體外預(yù)應(yīng)力法對其進行加固。該文重點研究了小型橋梁的體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，分析了加固效果和施工工藝等問題，有助于提高小型橋梁的結(jié)構(gòu)性能和安全性，延長其使用壽命，為小型橋梁的體外預(yù)應(yīng)力加固提供技術(shù)支持。

1 小型橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固方法設(shè)計

1.1 確定加固體系承載能力

為了確定加固體系的承載能力，需要考慮以下幾個因素。一是原始橋梁的承載能力：加固前橋梁的承載能力是確定加固后橋梁承載能力的基礎(chǔ)。可以通過查閱橋梁的設(shè)計文件、施工記錄或進行必要的檢測來確定。二是加固材料的強度：加固材料（如鋼筋、混凝土）的強度是決定加固體系承載能力的重要因素。可以根據(jù)材料的力學(xué)性能試驗和設(shè)計規(guī)范來確定。三是加固體系的構(gòu)造：加固體系的構(gòu)造（如預(yù)應(yīng)力筋的布置、固定方式等）也會影響其承載能力。綜合考慮以上因素，需要開展對加固體系進行承載能力的驗算。

1.1.1 極限承載力驗算

經(jīng)計算正截面抗彎承載力在該使用荷載作用下能滿足要求，設(shè)計值與組合效應(yīng)值之比為1.34左右，斜截面抗剪承載力滿足要求，設(shè)計值與組合效應(yīng)值之比為1.25左右，具體如表1所示。

1.1.2 正常使用狀態(tài)驗算

正截面抗裂，該結(jié)構(gòu)可以滿足完全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件（即完全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的短期作用σ?0.80σ≤0），而且也會使邊跨和中跨的壓應(yīng)力預(yù)留量得到較大增加[2]。斜截面的抗裂幅度，在不考慮豎向預(yù)應(yīng)力的作用下，加固后斜截面主拉應(yīng)力能夠滿足全預(yù)應(yīng)力要求（全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件σ≤0.4ftk=1.06 MPa）。通過加固體系承載能力可以看出，該變截面小型橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固后，承載能力得到提高，實際工程中需要根據(jù)具體情況進行詳細分析計算。同時，為了確保安全、經(jīng)濟、合理，建議在確定加固方案前進行必要的模型試驗和驗證。

1.2 在橋梁體外布設(shè)鋼絞線

先要對現(xiàn)場進行勘測和數(shù)據(jù)收集，了解橋梁的損壞情況、結(jié)構(gòu)類型、材料性能和承載能力等信息。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，制定出具體的加固方案，包括鋼絞線的布設(shè)方式、規(guī)格型號、數(shù)量等。清理橋梁表面、修復(fù)損壞部分、安裝固定錨具等。在進行鋼絞線的布設(shè)時，根據(jù)設(shè)計要求將鋼絞線固定在橋梁上，確保其位置準確、間距合適，要注意鋼絞線之間的交叉處應(yīng)進行合理的處理，避免應(yīng)力集中。最后進行加固后的檢測和驗收，包括對加固體系的外觀檢查、鋼絞線的張拉力測試、加固效果的評估等，還要確保加固體系的質(zhì)量符合設(shè)計要求，同時對不合格的部分進行及時修復(fù)。鋼絞線布置情況如圖1所示。

預(yù)應(yīng)力鋼束的抗拉強度標準值計算公式ftk=1 860 MPa，錨下張拉控制應(yīng)力σ=0.70ftk=1.302 MPa，在箱梁頂板的預(yù)設(shè)槽中預(yù)先埋設(shè)錨定角，鋼板選用Q335型，雙面粘貼，電焊條為E50型，錨碇為單孔夾片錨[3]。

1.3 計算體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量

采用力法求解體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量，由于該方法得到的計算結(jié)果往往偏大，該文在理論分析的基礎(chǔ)上，考慮梁體與外加預(yù)應(yīng)力之間的共同作用，利用能量變分法并結(jié)合現(xiàn)場實際需要以及計算方便，對預(yù)應(yīng)力加固體系體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量進行計算，得到相關(guān)簡化計算公式為：

式中，MQ——跨中橫截面的活載彎矩；J——原梁在整個斷面上參與工作時，橫截面上的慣量轉(zhuǎn)換；αES——鋼筋與混凝土之間的彈性模量比值；e——體外預(yù)應(yīng)力筋的“假想替換”的離心率[4]，其值與索面形狀相關(guān)，可用（2）式來計算：

式中，α——體外預(yù)應(yīng)力索兩個導(dǎo)向點之間的間距與跨度的比值；eP——跨中水平節(jié)段與原梁轉(zhuǎn)換截面中心軸線之間的距離；ePO——在支點斷面上，由體外預(yù)應(yīng)力索錨固點到原梁的轉(zhuǎn)換截面中心軸線的間距。具體的體外預(yù)應(yīng)力折線形布束情形如圖2所示。

圖2中，L表示體外預(yù)應(yīng)力筋兩個錨固點之間的距離，q表示外部均布荷載作用值，a表示體外預(yù)應(yīng)力筋兩個轉(zhuǎn)向點間距與主梁跨度的比值，ePO表示外預(yù)應(yīng)力筋錨定點到原梁轉(zhuǎn)換截面中心軸線的距離[5]。

1.4 加固小型橋梁柱節(jié)點核心區(qū)

在加固小型橋梁的柱節(jié)點核心區(qū)時，需要考慮以下幾個方面。一是節(jié)點核心區(qū)的強度：節(jié)點核心區(qū)是橋梁結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的部位之一，其強度對整座橋的承載力有很大影響。為此，對其加固時應(yīng)先對其抗彎、抗壓和抗剪能力進行測算。二是節(jié)點核心區(qū)的構(gòu)造：節(jié)點核心區(qū)的構(gòu)造也是加固設(shè)計中需要考慮的重點因素，合理的構(gòu)造可以有效提高節(jié)點核心區(qū)的整體性和穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)裂縫、變形等問題產(chǎn)生。三是加固材料的選擇：加固材料的選擇也是加固設(shè)計關(guān)鍵之一，常用的加固材料包括鋼筋、碳纖維布、鋼板等，選擇合適的材料可以有效地提高節(jié)點核心區(qū)的強度和穩(wěn)定性。結(jié)合上述因素的考慮，設(shè)計出以下幾種加固方案。

（1）加大截面加固法：通過增加節(jié)點核心區(qū)的截面面積，提高其抗彎、抗壓、抗剪等能力，對每根梁柱節(jié)點約束柱的直徑進行計算，再對其進行加固處理[6]。混凝土配合比及其強度值如表2所示。

（2）外包鋼加固法：將節(jié)點核心區(qū)包裹在鋼板上，通過焊接或螺栓連接等方式進行加固。這種方法可以有效地提高節(jié)點核心區(qū)的強度和穩(wěn)定性。

（3）粘鋼加固法：將鋼板粘貼在節(jié)點核心區(qū)表面，通過黏結(jié)劑將鋼板與節(jié)點核心區(qū)黏合在一起，這種方法適用于需要提高節(jié)點核心區(qū)抗彎能力的位置。

綜上所述，加固小型橋梁柱節(jié)點核心區(qū)的方法有多種，可以根據(jù)實際情況選擇適合的方法進行加固。在進行加固前應(yīng)對柱節(jié)點核心區(qū)的現(xiàn)狀進行查驗評估，在確定需要加固的前提下再采取相應(yīng)加固措施。

2 實例論證分析

2.1 工程概況

實例工程橋梁位于黔東南州，為混凝土結(jié)構(gòu)小型橋梁，建于1995年，橋梁全長16.8 m，橋面寬4.5 m，跨徑8 m。橋梁下部采用雙柱結(jié)構(gòu)，采取埋入式橋臺的建造方式，支架采用鋼板作為支撐。這種小型橋梁一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以滿足中小型車輛和人群通行的需求。經(jīng)現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過長時間通行及環(huán)境的影響，橋梁主梁腹板縱向開裂發(fā)生于 L/4～3 L/4之間，最大裂縫寬度為0.3 mm，該裂縫上窄下寬，為一種典型的彎曲型裂縫。梁端的腹板在支點位置產(chǎn)生了斜裂紋，裂紋的最大寬度為0.26 mm，長80 cm，裂隙中央較寬，兩端較窄，傾向于25 °～45 °。

2.2 加固施工應(yīng)用

在小型橋梁加固工程中，重點監(jiān)測主梁的變形和混凝土應(yīng)力和應(yīng)變情況。結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測的主要內(nèi)容是對3個控制截面L/4、L/2、3L/4三種不同的張拉應(yīng)力狀態(tài)下的撓度進行測試，監(jiān)測部位如圖3所示。張拉應(yīng)力監(jiān)控的主要內(nèi)容是對主梁跨中各控制截面混凝土的應(yīng)變進行測定。在小型橋梁加固工程中，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是一種有效的加固方法。該技術(shù)通過在主梁外部張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，對主梁施加預(yù)應(yīng)力，從而提高主梁的承載能力和抗彎剛度。加固過程中，重點監(jiān)測主梁的變形和混凝土應(yīng)力和應(yīng)變情況，以確保加固效果和施工安全。監(jiān)測內(nèi)容包括對控制截面的撓度和混凝土應(yīng)變進行測定，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進行調(diào)整和優(yōu)化加固方案。

通過測點布設(shè)與試驗，獲取了主梁各控制段的變形與應(yīng)力監(jiān)測資料，張拉完成后的撓度曲線如表3所示，計算結(jié)果與實際相符。

2.3 加固結(jié)果分析

工程結(jié)果如圖4所示，其中數(shù)據(jù)均為正值。

由圖4可以看出，張拉過程中主梁撓度變化規(guī)律與設(shè)計基本相符，且撓度變化值與設(shè)計理論值相接近，校驗系數(shù)在0.75～0.93之間，說明采取小型橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)后，小型橋梁的撓度變化符合預(yù)期，證實了該研究設(shè)計的方法具有較強的實用性。

3 結(jié)束語

該文對小型橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固方法進行了方案設(shè)計，通過對橋梁加固體系承載力的計算評估，采用鋼絞線和預(yù)應(yīng)力筋的方式使橋梁柱節(jié)點核心區(qū)的應(yīng)力得到增強。小型橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)應(yīng)用后，有效提高了橋梁的承載能力和使用性能，既提高小型橋梁的穩(wěn)定性，也延長了橋梁使用壽命。同時，加固技術(shù)對橋梁的日常維護和保養(yǎng)也具有積極影響。

參考文獻

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