橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)設(shè)計(jì)方法探討
摘要：體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)因其布索靈活，安全可靠等優(yōu)．點(diǎn)在結(jié)構(gòu)加固工程中得到較多應(yīng)用。本文介紹了該技術(shù)加固設(shè)計(jì)的一般步驟，并探討了實(shí)際工程應(yīng)用中的一些注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力，舊橋加固，轉(zhuǎn)向協(xié)
一．引言
隨著我國(guó)交通事業(yè)的快速發(fā)展，各種重型車輛，尤其是工程用重型運(yùn)輸車的不斷出現(xiàn)．橋梁負(fù)荷日趨加重，部分舊橋老化、破損嚴(yán)重，甚至設(shè)計(jì)荷載等級(jí)已不能要求使用滿足。因此對(duì)舊橋、危橋的加固維修，及如何提高其承載力的問題，開展有關(guān)的維修與加固方法研究是非常有必要的。
二．體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)簡(jiǎn)介
體外預(yù)應(yīng)力是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要分支之一。不同于傳統(tǒng)的后張有粘結(jié)或無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是將預(yù)應(yīng)力束布置于結(jié)構(gòu)主體截面以外施加預(yù)應(yīng)力的一種結(jié)構(gòu)體系。體外預(yù)應(yīng)力體系由四個(gè)基本部分組成：體外預(yù)應(yīng)力索；體外索錨固系統(tǒng)；體外索轉(zhuǎn)向裝置；體外索防腐系統(tǒng)（圖1）。
體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)適用范圍非常廣泛，不僅可以應(yīng)用于新建工程，更適用于舊結(jié)構(gòu)的改造與加固。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在舊橋加固改造工程中有以下優(yōu)點(diǎn)：
1．受力明確、施工簡(jiǎn)便、不影響正常交通；
2．在自重增加很小的情況下可大幅度改善和調(diào)整原結(jié)構(gòu)的受力狀況，提高結(jié)構(gòu)剛度和承載能力；
3．維護(hù)修補(bǔ)方便，可以隨時(shí)更換預(yù)應(yīng)力筋；
4．對(duì)原橋的結(jié)構(gòu)損傷很小，可以做到不影響橋下凈空．且不增加路面標(biāo)高。
三．加固設(shè)計(jì)一般步驟
1．體外預(yù)應(yīng)力筋面積的估算在實(shí)際工程加固中，常常采用虛功原理或力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，以簡(jiǎn)支梁為例。該方法是根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的力法原理以體外索的應(yīng)力為變量，通過(guò)切斷水平筋擴(kuò)作用單位力Xp=1，則由力法方程有：
可采用預(yù)應(yīng)力度法確定體外預(yù)應(yīng)力筋的拉力Ny，而：
式中：Npe−預(yù)應(yīng)力放張后體外筋的有效預(yù)拉力；Xp−活載作用下，體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉力增量。
結(jié)合（1）~（3）式，可求出體外預(yù)應(yīng)力筋用量Ay．
2．加固體系的驗(yàn)算
確定體外預(yù)應(yīng)力筋的用量及設(shè)計(jì)張拉力后，應(yīng)對(duì)加固后橋梁的各項(xiàng)使用性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算。使用階段的驗(yàn)算包括混凝土應(yīng)力的驗(yàn)算、原梁內(nèi)鋼筋的應(yīng)力驗(yàn)算、體外預(yù)應(yīng)力筋的驗(yàn)算、裂縫驗(yàn)算及撓度驗(yàn)算等。根據(jù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，求出使用荷載作用的計(jì)算值與材料的允許值相比較，判斷是否滿足要求。
極限強(qiáng)度驗(yàn)算是指根據(jù)實(shí)際的體外預(yù)應(yīng)力筋配筋情況，計(jì)算加固體系的極限抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，判斷其是否滿足設(shè)計(jì)要求。如果加固體的驗(yàn)算不能滿足設(shè)計(jì)的要求．則需要重新進(jìn)行配筋計(jì)算�！ �
圖2某大橋T梁加固示意圖
3．錨固端及轉(zhuǎn)向塊設(shè)計(jì)
體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，轉(zhuǎn)向塊和錨固端構(gòu)造設(shè)計(jì)很關(guān)鍵必須充分考慮結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和使用功能等要求。錨固端及轉(zhuǎn)向塊的設(shè)置可利用原結(jié)構(gòu)橫隔或新增橫隔，新增橫隔必須與原有結(jié)構(gòu)可靠連接，需要根據(jù)具體的梁截面形狀、拉索類型來(lái)定。
錨固端的作用就是要將拉索兩端的錨具與梁體固定和連接，以便將拉索的拉力傳遞給梁體。當(dāng)使用膨脹錨栓或者種植高強(qiáng)錨桿（或鋼筋）來(lái)固定錨固端時(shí)，應(yīng)充分了解原梁體鋼筋的分布情況，避免鉆孔對(duì)原結(jié)構(gòu)的損傷。施工時(shí)需借助鋼筋探測(cè)儀器，核實(shí)鋼筋的實(shí)際擺放位置。
轉(zhuǎn)向塊擔(dān)負(fù)著鋼索轉(zhuǎn)向的重要任務(wù)，在結(jié)構(gòu)加固工程中形式很多樣，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如：梁側(cè)力筋向下彎折處可采用鋼吊棍作為轉(zhuǎn)向裝置，力筋向上彎折處可在梁側(cè)加肋與力筋接觸處設(shè)置支承墊板；在梁頂或梁底的轉(zhuǎn)向裝置可通過(guò)在梁體直接設(shè)支承墊板完成，但此時(shí)應(yīng)能確保加固梁的混凝土的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，不會(huì)在墊板處造成局部破壞。
四．工程實(shí)例
該橋建于上世紀(jì)80年代初，為11孔16m跨簡(jiǎn)支梁橋，原設(shè)計(jì)荷載為汽－20級(jí)，經(jīng)過(guò)多年的使用，橋梁已出現(xiàn)不同程度的破損。廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心于2007年11月對(duì)該橋進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)論認(rèn)為：“該橋部分橋跨在整體受力性能上不能滿足設(shè)計(jì)和使用要求，同時(shí)為防止結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)一步惡化，并鑒于該橋位于市區(qū)交通主干線上，長(zhǎng)期處于超載狀態(tài)，需要對(duì)該橋進(jìn)行重建或大修。”
綜合比較各種加固方案后，最終決定采用體外預(yù)應(yīng)力加固的方法對(duì)舊橋丁梁進(jìn)行加固。針對(duì)丁梁跨中截面抗彎能力不足的問題，在梁肋底張拉預(yù)應(yīng)力水平筋，水平筋為2根JL32精軋螺紋鋼筋，兩束預(yù)應(yīng)力索布置在兩榻丁梁之間，兩端分別錨固在梁底的轉(zhuǎn)向塊上（圖2）。兩個(gè)轉(zhuǎn)向塊對(duì)稱設(shè)置在1/4橋跨橫隔板處，轉(zhuǎn)向塊采用6~28mm的鋼板制成。轉(zhuǎn)向塊的固定首先需要預(yù)埋好支撐板，施工前先將梁橫隔板底貼鋼板處混凝土鑿除1cm，再用環(huán)氧砂漿將支撐鋼板粘貼在梁的橫隔板底面上，然后將轉(zhuǎn)向鋼板與預(yù)埋的支撐板頂緊焊接。
另外針對(duì)梁體根部抗剪承載能力不足的問題，采用在腹板錨固斜拉桿的方法進(jìn)行加固，斜桿由16a槽鋼和鋼板焊接組成。上錨固塊首先用環(huán)氧砂漿將粘貼在梁體腹板上，再采用高強(qiáng)螺栓將錨固塊固定在腹板，由于螺栓孔位是根據(jù)舊橋施工圖鋼筋位置確定的，與其實(shí)際情況存在一定的偏差，因此在確定錨固及打孔的位置前，需要進(jìn)行必要的鋼筋探測(cè)防止螺栓孔位與鋼筋沖突。
精軋螺紋鋼采用熱鍍鋅防銹層，外套熱壓成型的PE塑料保護(hù)套防腐。對(duì)于同一根梁的兩側(cè)預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)做到同步張拉。每根索的設(shè)計(jì)張拉力為20Mpa，根據(jù)計(jì)算，加固后橋梁抗彎承載力提高約15%，橋梁跨中撓度值減小1.5mm。
五．結(jié)論
體外預(yù)應(yīng)力加固方法，在提高舊橋抗彎、抗剪承載能力的同時(shí)，可節(jié)省鋼筋，減少管道摩阻損失，另外體外預(yù)應(yīng)力筋布置靈活，安全可靠，特別是可以在結(jié)構(gòu)正常工作情況下實(shí)現(xiàn)調(diào)索和換索，是其他結(jié)構(gòu)形式所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。隨著相關(guān)理論的不斷完善、新型材料和新型錨固體系的發(fā)展，為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了新的活力，使得這種技術(shù)有更加廣泛的發(fā)展應(yīng)用前景。
