体外预应力技术在道路桥梁工程中的应用简析

2015-04-07马忠宝

四川水泥 2015年10期

关键词：钢索桥梁工程预应力

马忠宝

（青海正和公路桥梁工程有限责任公司，青海西宁 810000）

体外预应力技术在道路桥梁工程中的应用简析

马忠宝

（青海正和公路桥梁工程有限责任公司，青海西宁 810000）

体外预应力技术具有能提高结构承载能力和耐久性、预应力筋能更换、维护管理方便、能降低钢疲劳应力幅度等优点,是加固现役钢筋混凝土桥梁最有效的方法之一,同时也为建设桥梁提供了新的设计思路。文章针对体外预应力技术在道路桥梁工程中的具体应用展开分析。

道路桥梁; 体外预应力技术;应用

体外预应力结构作为后张预应力体系的分支之一，具有许多体内预应力结构所不具有的优点。在国外，近年来已成为预应力技术的热点，在国内，体外预应力技术的研究和运用均相对滞后，对这一新技术的研究和运用多限于既有桥梁的加固。截面尺寸小，自重轻，预应力筋替换、维护管理方便，预应力损失小，缩短施工工期以及耐久性高等是体外预应力结构相对于传统的体内布筋预应力结构具有的优点，因此，体外预应力结构应用非常广泛，既可用于预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑工程结构等新建结构，也可用于旧有的混凝土结构的重建、加固及维修，同时还可用于临时性预应力混凝土结构或施工临时性钢索。随着斜拉桥和高强混凝土技术的发展，体外预应力结构技术的应用将是现代预应力施工中的主要趋势之一。

1. 体外预应力的应用范围及其特点

由于施工技术的不断进步,国外体外预应力技术已发展得相当成熟,应用得越来越广泛,尤以法国、美国居多。它的主要应用范围包括:l)预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑工程;2)已有的钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的重建、加固及维修;3)用于临时性预应力混凝土结构。根据国际预应力协会定义,体外预应力是指预应力筋位于混凝土截面之外,而普通无粘结和有粘结预应力的预应力筋都是位于混凝土截面内的。

由于其固有的形式,体外预应力结构较之体内预应力结构有以下优点:l)施工方便。由于预应力筋放在梁截面以外,结构可以和正常的混凝土梁一样来浇筑,而采用后张法将预应力筋进行张拉,可以有效地缩短工期,减少施工时的荷载。2)维护修补方便。可随时更换预应力筋,并很方便地测试预应力筋的性能及变形程度,根据其状态决定是否需要张拉或更换预应力筋。3)可作为对现存混凝土梁的修补手段,只需在梁外加上预应力筋即可。4)由于不需在梁截面中预留预应力筋管道,可以减小混凝土梁截面尺寸,节约原材料,减轻自重。同时,由于预应力筋与混凝土截面分离,提高了混凝土的耐久性。5)简化了预应力筋曲线,使预应力筋束布置大大简化,操作与追加新束方便,并大大减少了由于管道摩擦造成的预应力损失。同时,高性能钢束的发展与应用可使体外预应力筋数量减少,使体外预应力桥梁的设计、施工更为简易。同时,体外预应力结构也具有以下不可避免的缺点: l)防腐蚀,防水性能差。这也是体外预应力长期以来没有得到充分发展的原因。直到近时期高强度聚乙烯的运用,使得预应力筋防腐蚀性能极大提高,遂使这一问题得到解决,但由于防腐蚀剂的使用,提高了预应力筋的成本。2)由于预应力筋只通过两端的锚固及中间的鞍与梁相连,这就对锚固端及鞍座的要求相当高,它必须具有一定的强度,具有较高的抵抗梁中荷载的能力。3)相对于体内预应力而言,体外预应力混凝土在同样条件下,需要较大的张拉力才能产生同样的预应力。体外预应力结构体系在具有众多的优越性的同时,其设计方法和施工工艺也与传统的体内预应力体系有了明显的不同。如体外预应力结构的受力分析,体外预应力结构由于预应力筋位于混凝土截面之外,其受力性能显然不同于传统的体内预应力结构。再如预应力筋的防腐和防火问题,体外预应力筋势必比体内预应力筋有着更高的要求。

2 体外预应力的分类

1)全体外预应力索集中锚固方式。所有的预应力索采用体外布置,并且集中地锚固于主梁的支点断面附近。

2)全体外预应力索分散锚固方式。所有的预应力索采用体外布置,并且分散地锚固于主梁的跨间各断面处。

3)混合预应力索分散锚固方式。预应力索中,一部分采用体外索;另一部分采用内部索;以分散形式锚固于主梁跨间的各断面处。

3 体外预应力技术的发展

1)钢索的防锈蚀处理取得成效。近年,随着斜拉桥的发展,利用在钢索套管里灌浆,注入石腊或润滑油的处理,以及沥青涂刷包裹、镀锌,聚乙烯涂刷,聚乙烯挤压管等方法制作的钢索,防锈蚀处理上,取得了成效。另外还可以用非金属材料作预应力索。

2)锚固处,变向变距处的简单化。大直径钢索及相应的大吨位锚固系统和张拉设备的开发、应用,使钢索的束数减少。因此,锚固处,变向变距处的简单化,带来了设计与施工的简单化,使整个工程造价降低。

为使体外预应力技术向前发展,除基本解决了上述两个问题外,对其它问题同样进行了试验研究,探讨了处理方法。

3)结构的极限承载能力。一般认为体外预应力硅梁的极限承载能力低于内部预应力硷梁。然而,试验结果表明:极限状态下,的确体外预应力硷梁比内部预应力硷梁的变形大,而极限承载能力并不低。

4)钢索的应力变化。在荷载作用下,体外预应力索产生滑移,其应力变化分布在全长上。因而,体外预应力索的应力变化比内部预应力索小得多,锚固处一般不会出现疲劳问题。

5)体外预应力索的振动。为防止在活荷载作用下,体外预应力索和结构产生共振现象,索的固定点间隔应在7—8m以上为宜。

6)摩擦损失。体外预应力索只在变向变距处,锚固处附近和硷产生接触,其摩擦损失远远小于内部预应力索。体外顶应力索的应力摩擦损失计算和内部预应力索的倩况一样考虑。

7)应力集中。在锚固处、变向变距处等部位应力相对集中,注意采取应力分散和结构局部加强等措施。

8)索的意外损坏。因为体外预应力索裸露在外,应注意人或动物可能对其造成的损坏。

4 体外预应力技术的应用

我国体外预应力技术在桥梁工程中应用主要是桥梁加固、桥梁施工方面,近年已有采用体外预应力技术设计建造的新桥梁,这与我国体外预应力技术的研究起步较晚有关。目前国内体外预应力理论还处在发展阶段,与国外水平相比有较大差距。国内外体外预应力技术用于桥梁加固方面的实践证明,该技术可以保证结构的整体性,新旧体系协同工作良好。克服了其他方法加固时加固材料存在的应力滞后问题,而且采用体外索加固桥梁可以不影响通车,还可以减小挠度和裂缝宽度,提高桥梁承载能力。由于体外预应力体系布置灵活,不仅可以用来加固简支梁桥、连续梁桥,还可用来加固拱桥、刚构桥等;不仅可以用来改善梁的受弯性能,还可以用来改善构件抗剪的性能;不仅可以用来进行整体桥梁加固,而且桥梁局部加固也可以采用;不仅可以用来加固桥梁的梁部结构,也能用于加固桥墩及索塔等部位。体外预应力技术用在桥梁施工方面实例很多,如桥梁预制节块组拼顶推施工技术,采用体外预应力技术不仅施工方便快捷,而且可以提高顶推的长度,减少临时支墩,提高经济效益;另外斜拉桥通过调整各施工状态斜拉索索力,确保施工安全,也是体外预应力技术在斜拉桥施工中的推广应用。