浅谈体外预应力加固桥梁结构的方法

浅谈体外预应力加固桥梁结构的方法

1体外预应力加固桥梁结构的必要性随着国家经济快速发展，我国桥梁建设呈现出日益增长的趋势。通过多年的发展振兴,越来越多的桥梁被修建,而且桥梁的跨径、规模、技术难度与造价也在不断攀升,与此同时,越来越多桥梁进入维修的时期,桥梁使用管理工作越来越繁重,也日显重要。目前我国公路桥梁所承受的荷载有3个特点:交通量不断增大;重型车辆增加及超载现象严重;超限运输的出现和增加。随着各种重型车辆,尤其是工程用重型运输车的不断出现,公路桥梁负荷日趋加重,加之旧桥部分老化、破损,已经不能适应现代交通运输的要求,对旧桥、危桥的加固维修,以及如何提高其承载力的问题,确保交通运输的安全是目前和今后面临的主要任务。体外预应力加固桥梁结构是一种效果较好、使用较广的方法。它是在桥梁结构的受拉区施加体外预应力,使其产生与原桥的不利弯矩方向相反轴向压力和弯矩,以抵消部分自重应力减小活载应力,从而提高桥梁的承载能力。2现代承载能力的改造桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力,以延长其使用年限,适应现代交通运输的要求。其改造的主要技术途径有:加强薄弱构件、增加辅助构件、改变结构体系、减轻恒载、加固墩台及基础等。目前桥梁上部结构的加固方法主要包括以下几个方面。2.1保厚保证采后主梁受力将原桥面铺装全部凿除或凿毛,然后加铺一定厚度的补强层,以增大主梁有效高度及改善桥梁荷载横向分布能力,从而提高单梁承载能力或桥梁结构整体承载能力;2.2截面扩建和骨骼调整加固法通过增大构件截面面积或配筋率以提高钢筋混凝土梁的强度、刚度、稳定性。2.3加固主梁时要增加梁的抗弯刚度体外张拉预应力束加固法,是加固效果最明显而施工工艺最为复杂的加固方法。在不增加桥梁自重的前提下,有效增加加固后主梁的抗弯刚度并大幅度提高主梁的承载能力。同时,在合理安排施工流程的情况下,该方法可最大限度地减少对桥上交通的影响,甚至可以在有限开放交通的情况下,组织施工。2.4粘合板加固法用粘结剂和锚栓将钢板粘贴锚固于混凝土结构受拉面或其它薄弱部位,使钢板与加固混凝土结构形成整体,以达到提高结构承载能力的目的。2.5改变结构受影响系统的加固方法通过改变桥梁结构受力体系以达到提高结构整体承载能力的目的,是一种变被动为主动的加固方法。2.6喷流混凝土加固法从隧道施工中转化而来的加固方法,主要用于因支点截面尺寸偏小而导致的抗剪强度不足的混凝土梁的加固维修。2.7加固结构的设计方法通过增设桥梁横向联系,以改善上部结构的荷载横向分布规律,从而达到提高结构整体承载能力的加固方法。一般用于无内横梁或少内横梁的T形截面及工字形截面梁式桥,工程上常在相邻主梁间增设现浇混凝土横梁或钢横梁来提高横向抗弯刚度。2.8密度大、宜碳纤维增强复合材料是一种性能优良的混凝土结构加固材料,它具有强度高、密度小、耐腐蚀、抗疲劳等优点。其加固法是利用树脂类材料把碳纤维布材或板材粘贴于混凝土结构或构件表面,形成复合材料体,通过碳纤维布与结构的协同工作,达到对结构补强加固及改善受力性能的目的。3外部预测加固法的特点和原理3.1跨径桥梁加固体外预应力就是把预应力索放在梁的主体结构之外,只通过两端能锚固以及梁中的转向装置与梁体相连。在我国体外预应力主要月于旧桥加固很少。作为主要受力体系,体外预应力尤其适用于中小跨径的桥梁,对于大跨径桥梁。宜配合采用其他方法综合加固。体外预应力加固具有如下优点:(1)能够大幅度提高旧桥的承载能力和挠裂度,加固效果明显。(2)所需设备、人员少,施工周期短,经济效益好。(3)对桥上交通影响小,可不中断交道或短时间限制交通。(4)对桥梁损伤小,可做到不影响桥下净室不抬高路面标高。但体外预应力加固也有如下缺点:(1)体外预应力索容易受到意外的破坏。(2)体外预应力索不能参与局部裂缝的控制。(3)由于转向装置和锚固点受到约束,行车时容易引起体外索的振动,预应力索的自由长度受到限制。(4)从力学特性上来讲体外预应力索与周围结构主体在同一截面上的变形是不协调的。3.2加固原理4简冲梁外肌力加固的计算4.1预应力弹性分析体外预应力砼结构一般采用折线形式布置预应力束。体外预应力筋仅在锚固区域和折角处(转向块处)与结构相连结,体外预应力结构的受力特性与无粘结预应力结构类似。在使用荷载状态下,采用弹性分析方法设计;在极限状态下,一般按无粘结预应力混凝土结构分析设计。4.2体外索力筋检测体外预应力筋的应力损失计算方法与无粘结预应力计算基本一致,其中温差损失可忽略不计;混凝土收缩、徐变可取为零。体外预应力筋面积的确定可由梁危险截面(通常是跨中截面)的抗弯强度确定。具体方法是:1)检算旧梁承载能力;2)确定加固后要达到的承载能力,找出二者的差值;3)假设此差值完全由体外索承担(偏于安全),初步确定力筋的有效预应力和力筋偏距,然后预估体外力筋的面积;4)根据抗剪强度和构造的要求确定体外力筋转向块和锚固点的位置;5)对该组合结构按照《桥规》规定进行各项检算。然后根据验算结果对初步方案进行调整,直到满意为止。体外索内力增量与活载的关系:加固时梁的受力特点是,预加力的实测值是在桥梁上部结构恒载(含梁自重)作用下测取的,整个体系在恒载和预应力的共同作用下处于平衡,该体系为一次内超静定结构。对加固后混凝土梁截面应力的检算,需计算体外索在活载作用下的内力增量。体系对外是静定的,支座反力直接与恒、活载平衡,不影响体外索内力增量的计算,活载作用下,斜筋内力与水平筋的内力之比为A,即:式中,N为力筋与转向块之间的摩擦系数,正负号与力筋的张拉方向有关,向外张拉时为负,反之为正。取跨中水平筋内力为赘余力单位力N=l时,弯矩图、轴力图及活载作用下的弯矩图Mp见图1。5体外预应力加固法体外预应力加固桥梁是一种行之有效的方法,已有许多成功的经验。通过精心设计和施工就可以达到预期的加固效果。因此这是一种十分具有推广价值的旧桥加固方法。体外预应力加固通常采用粗钢筋钢绞线、高强钢丝等材料作为施