桥梁上部结构加固技术-体外预应力加固法

体外预应力加固法7.5体外预应力加固法一、概述体外预应力桥梁的重新发展，得益于体外预应力加固技术的完善。体外预应力就是把预应力索放在梁的主体结构之外．只通过两端的锚固以及梁中的转向装置与梁体相连，是一种主动的加固方法。7.5体外预应力加固法一、概述关键技术—新老混凝土的联结、传力构造、锚固装置。体外预应力具有加固、卸荷、改变结构内力三重功效改变原结构的内力分布；降低原结构应力水平；减少结构变形；裂缝宽度缩小、甚至闭合；显著提高承载力。7.5体外预应力加固法一、概述7.5体外预应力加固法一、概述1934年德国学者F.Dischiger的体外预应力技术取得了德国和法国专利1936年世界上第一座体外预应力混凝土桥在德国建成，其比第一座体内预应力混凝土桥梁早一年建成。1.国外研究概况F..Diischinger设计，建于德国Aue的公路桥体外预应力混凝土悬臂梁桥7.5体外预应力加固法一、概述采用悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥7.5体外预应力加固法一、概述7.5体外预应力加固法一、概述采用顶推施工的预应力混凝土连续梁桥7.5体外预应力加固法一、概述从20世纪40年代到70年代，由于体外预应力钢束的防腐问题没有很好解决，发展规模远不如体内预应力混凝土桥梁20世纪70年代末体外预应力混凝土桥梁才在法国和美国得到较大规模发展7.5体外预应力加固法一、概述加固和维修体内预应力和钢筋混凝土桥梁中得到了经验体外预应力混凝土桥梁再发展的原因：斜拉桥的复兴促进了体外预应力钢束防腐技术发展结构构造方式和节段施工法对体外预应力技术的要求对体内预应力钢束防腐问题的再认识7.5体外预应力加固法LongKey桥的体外预应力体系（法国工程师Muller设计）逐跨预制节段施工的长桥7.5体外预应力加固法2.国内研究概况我国大陆体外预应力混凝土桥梁从20世纪90年代开始发展起来，代表性的工程有：2001年竣工的浏河大桥，为首次采用预制节段架桥机整跨拼装施工技术的体外预应力混凝土简支梁桥2004年竣工的上海沪闵高架桥，为采用预制节段架桥机整跨拼装施工技术的体外预应力混凝土连续梁桥7.5体外预应力加固法2.国内研究概况施工中的苏通长江大桥引桥，是采用预制节段架桥机悬臂拼装施工技术的体外预应力混凝土连续梁桥7.5体外预应力加固法3.体外预应力的优缺点体外预应力筋布置在构件截面以外，其灌浆质量和锈蚀状况便于检查，可以修补或更换由于体外预应力筋的变形与混凝土截面不协调，力筋的应力沿长度方向分布均匀，变化幅度小，由于应力变化引起的疲劳影响小可较大幅度地提高结构的承载能力和结构刚度能够有效的控制原结构的裂缝和挠度，使裂缝部分或全部闭合，能够控制和调校体外索的应力与传统预应力体系相比，具有以下优点：7.5体外预应力加固法3.体外预应力的优缺点与传统预应力体系相比，具有以下优点：预应力布置灵活，根据桥梁病害可以全桥加固也可以进行局部加固锚固构件尺寸小，自重增加少，可有效的大幅提高结构承载能力。与原结构无粘结，应力变化值小，对结构受力有利体外索可调可换，便于使用期间进行维护简化预应力筋曲线，预应力筋仅在锚固处和转向处与结构相连，减小摩阻损失，提高预应力使用效率7.5体外预应力加固法3.体外预应力的优缺点体外预应力结构亦有其自身的缺陷：体外预应力筋无混凝土保护易遭火灾，并要限制自由长度以控制振动转向和锚固装置因承受着巨大的纵、横向力，比较笨重对于体外预应力结构，锚固失效则意味着预应力的丧失，所以锚具防腐要求高承载极限状态下体外预应力结构的抗弯能力小于有粘结和无粘结预应力结构体外预应力结构在极限状态下可能因延性不足而产生没有预兆的失效7.5体外预应力加固法3.体外预应力的优缺点体外预应力结构亦有其自身的缺陷：体外索布置在截面外，防腐、保护相对较困难，易受外界影响锚固及转向区域容易产生应力集中，局部应力大，对锚固施工要求高体外索张拉力较小，不能充分发挥体外索强度高的优点，对锚具及夹片的要求很高体外预应力筋的变形和混凝土的变形不一致，容易造成预应力损失7.5体外预应力加固法二、体外预应力系统构造体外预应力系统体外预应力系统由体外预应力筋、体外预应力筋的锚固系统、体外预应力筋转向装置，以及体外预应力筋的防腐系统组成7.5体外预应力加固法二、体外预应力系统构造体外预应力筋及其防护统称为体外预应力索体外预应力筋常采用钢绞线束，其中钢绞线可选用普通钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线和外包PE的单根无粘结钢绞线7.5体外预应力加固法二、体外预应力系统构造外护套主要起防腐作用，通常采用两种材料，即高密度聚乙烯（简称HDPE）管或钢管，但在锚固段和转向弯曲段一般均采用钢管7.5体外预应力加固法二、体外预应力系统构造钢管外护套较贵且本身有防腐的问题，故采用较少；HDPE管已被大量应用，但其与钢管的连接处必须保证密封性能良好7.5体外预应力加固法二、体外预应力系统构造为便于预应力筋内穿、检查、检测及更换钢绞线，外护套应做成可伸缩式的构造，并在各伸缩段的连接部位具有良好强度与密封性7.5体外预应力加固法二、体外预应力系统构造外护套与钢绞线束之间通常采用灌浆措施，灌浆材料分为刚性材料和非刚性材料。刚性材料通常为水泥浆，非刚性材料主要是油脂和石蜡7.5体外预应力加固法二、体外预应力系统构造水泥灌浆适用于体外预应力筋局部粘结（如体外预应力筋在转向和锚固段与梁体粘结），或完全无粘结的情况7.5体外预应力加固法二、体外预应力系统构造油脂和石蜡通常用在可换的体外预应力系统中，以使体外预应力筋与梁体无粘结7.5体外预应力加固法二、体外预应力系统构造不管护套和灌浆材料如何选择，由单根无粘结钢绞线组成的体外预应力筋均能进行多次张拉如锚固和转向位置处采用双层管道，不管钢束是何种类型，都能达到拆卸或调换的要求如钢束在锚固及转向位置采用单层管道时，只能采用全无粘结构造和非刚性的灌浆材料，才能保证钢束在必要时能够拆卸和更换7.5体外预应力加固法体外预应力筋的锚固系统体外预应力筋的锚具与其构造密切相关，即有体外预应力筋可更换和不可更换两大类7.5体外预应力加固法体外预应力筋的锚固系统体外预应力筋不可更换的锚具，一般用于体外预应力筋与梁体采用局部粘结的构造；体外预应力筋可更换的锚具，用于体外预应力筋能与梁体无粘结的构造7.5体外预应力加固法体外预应力筋的锚固系统可更换体外预应力筋的锚具，有钢绞线束无法放松和可放松两种类型。若不预留能够再次张拉的长度，钢绞线束是无法放松的7.5体外预应力加固法体外预应力筋的转向装置体外预应力筋的转向装置由转向结构构造及转向器组成转向结构构造为混凝土结构的一个特殊部分。转向器为直接支承体外预应力筋的器件7.5体外预应力加固法体外预应力筋的转向装置横隔板式、肋式、块式7.5体外预应力加固法体外预应力系统的防腐与防护体外预应力系统的防腐与防护，由钢绞线束的自身防腐、护套与灌浆料的保护，以及锚具的防腐与防护措施所组成钢绞线、外护套及灌浆料的选择，主要考虑环境条件和体外预应力索的暴露程度，如：通常处于干燥状态、通常处于潮湿的环境中、长期处于湿润或干湿交变的环境中，以及处于严重侵蚀性的恶劣环境中四种7.5体外预应力加固法体外预应力系统的防腐与防护成品的单根无粘结钢绞线是钢绞线束自身防腐最有效的手段，其中环氧涂层无粘结钢绞线具有更好的防腐性能普通钢绞线的体外预应力索，外护套与内灌料都是至关重要，采用HDPE护套和灌水泥浆是最经济的；在HDPE管内灌油脂或石蜡是可靠的防腐措施，也便于钢绞线更换不管护套内采用何种灌注料，锚具的喇叭管、延伸管内均需灌料，这是钢绞线防腐的关键部分如体外预应力筋采用无粘结构造，则用油脂或其它非硬固性材料填充喇叭管及延伸管，以便拆卸更换7.5体外预应力加固法体外预应力系统的防腐与防护在锚具的锚板外侧也应设置防护罩，并灌注防腐料7.5体外预应力加固法体外预应力筋的定位与减振体外预应力筋的定位装置为了减少体外预应力的二次效应，应对体外预应力筋设置定位构造，以限制其发生相对梁体的横向位移定位装置由定位结构构造和定位器组成，两者的具体形式可参照转向装置在考虑构造标准化等要求等的情况下，定位结构构造之间或定位与转向结构构造之间的距离，一般可取不大于8m的间距，并在梁体挠曲最大的位置设置7.5体外预应力加固法体外预应力筋的定位与减振体外预应力筋的减振装置