公路桥梁施工中体外预应力加固技术的研究

2014-08-15吴咏超

黑龙江交通科技 2014年9期

吴咏超

(贵州省凯里公路管理局)

1 体外预应力加固技术发生作用的原理

体外预应力加固技术的具体应用是在路桥的建设过程中，将具有良好防腐保护作用的建筑专用预应力筋布置于相应梁体的箱内或者外部。通过预应力筋对将一定的预应力施加于梁体上。通过预加力所产生的反弯矩对梁体承受的部分外力进行抵消，最终实现对梁体使用功能进行改善，增强梁体的承载能力，延长其使用寿命。

目前，体外预应力加固应被普遍应用于路桥加固中。其尤其适用于跨度大的混凝土连续箱梁。将体外预应力筋的锚固定在梁体中间或者末端的横隔梁上，应用转向块对其跨间的预应力筋想要角度进行调整，使其更好的适应梁体的具体受力需求。从严格的结构角度来讲，体内无粘结及体外预应力、斜拉桥均可归纳为无粘结预应力结构。而粘结预应力结构相关理论的主要核心问题为处于各种不同受力阶段时，对预应力钢柬的应力增量进行有效计算。

2 在路桥建设过程中常用的预应力加固技术分析

2.1 横向预应力加固技术

在路桥建设中，当预应力混凝土桥梁或钢筋混凝土两端存在的间隙直接较小时，为了避免主梁端头位置发生张拉作用，往往应用横向预应力加固技术对其进行加固。应用此种技术时，在主梁下端的对称梁中线相应位置安装预应力筋。同时在距离梁端的合理位置将其做弯起处理，并应用支点将其固定在主梁末端锚固钢板上。锚固钢板的形状为“U”字形，其可牢固地套于主梁端部位置的下翼缘。应用撑棍将水平段中存在的预应力筋分成几段，撑棍同时还具有支撑点的作用。应用拉紧螺栓将存在每段中点中的想要对称筋进行两两收拉，使其紧密的连接在一起。在这个收拉的过程中便会有相应的拉杆产生预应力产生。这个预压力通过锚固钢板传到到主梁。因为多数的预应力筋的设置均为水平直线形，因此，预应力筋在这个过程中产生的相应负弯矩，在梁体两侧端口上不会发生太大的弯曲。由此可见，应用该种加固方法其作用主要在于降低梁体中段的正弯矩，而在梁体两端处的剪力上不会发生太大的作用。

2.2 纵向预应力加固技术

纵向预应力加固技术具体指的是顺着各各预应力筋的轴线方位施加预应力的一种加固技术。预应力筋的布置主要顺着主梁的底部相应方向进行，并将其弯起。弯起的位置为梁体两端设置有导向块的相应地方。弯起后，将其锚固与主梁的腹板或顶板的相应位置，并沿着主梁方向对其进行纵向拉伸。在拉伸过程中实现对梁端剪力的减少。

在该种技术的应用过程中，其锚固构造主要为纵向张拉。锚固构造具体包含梁顶锚固和腹板锚固两种。腹板锚固的作用主要体现在当路桥面通行车流量较大，导致交通运输无法正常进行时，可在主梁的腹板的相应位置将预应力筋进行锚固。具体的操作方法主要为钢板锚固法和钢销锚固法两种。应用钢板锚固法具有以下几个优点:其传力具有良好的均匀性、锚固作用力大、对梁体结构的影响小、钢板夹持操作产生的螺栓孔下等。应用梁顶锚固时，在进行具体操作前，仅需在横隔梁与桥面板相应位置凿开一个方向于斜筋倾斜向同的斜孔。相应的预应力筋被穿过后，在开凿出来的斜孔四周将路桥面的凹槽凿出，凹槽的尺寸应与按钢垫板的相应尺寸保持一致。完成上述操作后，使用环氧砂浆将垫板粘合牢固即可。在对预应力筋进行相应的张拉操作后，将其锚固与陆桥面板的相应位置上。完成所有操作后，将锚头封闭于陆桥面板的铺装混凝土中，这个锚固操作便全部操作完毕。应用该种锚固方法的优点主要体现如下:在进行锚固的操作过程中，进行将少量桥面板混凝土凿开便可顺利地展开锚固施工操作，操作流程较为方便快捷。预应力筋的张拉方式和预应力筋的形式构造存在密切联系。张拉位置及方向根据其具体形式构造来进行。可以在梁体顶部顺着斜筋的相应方向进行张拉操作，也可以在梁体底部顺着水平方向进行张拉操作。进行张拉操作时应于桥中线对称进行。对相同一根梁体进行张拉操作时，对称进行应注意保证其具有良好的同步性，这样才可有效保证梁体双侧的钢筋具有同样的应力状态。预应力张拉具体程序应与预应力混凝土梁存在良好的一致性。预应力筋的张拉形式多种多样，应用较为普遍的主要为千斤顶张拉法、手动葫芦张拉法、电热法张拉法等。

2.3 竖向预应力加固技术

如应用横向预应力加固技术或纵向预应力加固技术均给施工带来不便时，便可采用竖向预应力加固技术。这种技术在应用的过程中主要是将预应力筋对称地布置在梁肋两侧的相应位置，通常是在梁端肋侧进行锚固。预应力筋锚固完毕后，在其中部位置按照竖直方向进行向上的张拉操作，应用小横梁将预应力固定于梁肋底部的相应位置。应用该种方法可有效避免了纵向应力损耗大、进行张拉操作行程受限、张拉力大等缺点和限制，其有效地将张拉力降低，而大大增加了张拉行程，将张拉力损失降至最低限度。此外，应用该种技术还可有效将较高的预应力施加于预应力筋之上，可对旧桥梁体使用过程中产生的相关裂缝进行弥合。在该种技术中进行预应力张拉操作时，可逐片梁地的进行，但必须保证其与中线张拉具有良好的对称性。只有这样才可有效降低弹性压缩损失过程中存在的不均匀性。在该种技术的应用过程中，横梁的作用主要为对张拉操作所产生的相应钢筋预应力进行竖向固定。横梁的设计课根据具体情况来进行，可设计为在梁底具有灵活运动性的可运动支点，也可设计为在梁肋上进行锚固，无滑动性的固定支点。在位置选择上，横梁的最佳位置为张拉点。因为在这个位置可有效实现将张拉力损失降低。

3 体外预应力加固技术的施工方法

应用体外预应力加固技术的主要目的在与提高路桥在交通运输过程中的承载能力。其在施工过程中，通常应用的是折线形的体外索方法。该种方法可有效满足抗剪强度与截面抗弯强度的想要要求。主要通过贵州某大桥的桥梁加固设计实例来对体外预应力加固技术的施工方法进行简析。

贵州省某座大桥是一种主要应用钢筋混凝土进行构建的T 型桥梁。桥梁的平均跨距为13 m。在建设设计规划中，该桥梁的荷载量为拖60、汽10 级。但是由于桥梁在实际使用过程中，长时间经受流水和船舶的撞击，桥梁受到了较大程度的破坏，必须对桥梁进行相应的加固、修复处理才可有效保证其使用的安全性，其加固、修复主要应用体外预应力加固技术来进行施工，具体施工步骤如下:(1)加固前进行清理。进行加固操作前，需应用钢丝刷对桥体相应位置进行钢丝刷，将松散混凝土及锈蚀钢筋进行清理。然后应用C40混凝土挂模浇筑，恢复桥面的平整性。(2)体外预应力加固技术施工。进行加固施工前，需先将加固标准进行明确。明确加固后使桥梁的承载能力提高到怎样程度。在贵州省该座桥梁的加固中，将承载能力的标准定为汽15 级。桥梁梁肋宽为18 cm，主梁翼缘宽为178 cm，属于受拉2 级。该桥梁的钢筋面积总共为44.272 cm2，所用混凝土为C25。根据桥梁的具体构造，体外预应力支点的设置应为距离两端转向块分别为180 cm、840 cm 的位置。端锚与点距转向块间应设置为150 cm 的距离。中心轴与梁体上边缘为19.17 cm的距离，与梁体下边缘为60.86 cm 的距离。根据相关数据的分析，应将预应力钢绞线的相应张力控制在855 MPa 左右的范围内，有效地预应力控制在62 215 MPa。加固操作中，应用55 kN 前轴，155 kN 后轴。加固操作进行完毕后，通过试行卡车试验，再次对混凝土、钢筋等的盈利情况进行全面分析，进而对桥梁加固效果进行预计。(3)预应力施加。进行相应试验后，严格按照试验结果进行体外预应力加固施加操作，同时进行相应的检测，保证桥梁达到预计承载能力。