|
李建勋 (山西省太原炳坤公路勘察设计咨询有限公司 太原市 030006) 摘要： 体外预应力技术是现代工程加固技术的主要技术种类之一,相比于传统技术而言,该技术加固稳定性较高,技术适应性好,同时具备成本低廉的基本优势,尤其适用于梁式桥梁的结构加固,能够为桥梁加固奠定良好根基。对体外预应力技术在梁式桥梁加固中的有效应用进行分析,并对其基础应用特点及施工中需注意的问题进行阐述,从而为该技术在梁式桥梁中实际应用提供参考。 关键词： 梁式桥梁；体外预应力技术；加固应用 近年来,各地区桥梁工程建设及区域交通环境得以提升,交通压力也得到有效缓解。其中自然环境及人为因素对桥梁日常使用所造成的影响无可避免,使桥梁使用承载力及结构受力方面易在长期使用后出现裂缝及结构不稳定等问题,对此将体外预应力技术有效应用于梁式结构桥梁加固处理中势在必行,是解决以上问题的核心关键,可为区域桥梁工程的安全使用提供切实保障。 1 体外预应力加固技术1.1 体外预应力加固技术的优点体外预应力与传统预应力相比加固主动性更高,基础元件与相关建筑材料荷载重力反应更为明显,在多种重力结构中适用范围较广,可进一步提高构件的基础承载力,避免桥梁结构产生结构形变问题,继而使桥梁结构稳定性增加,不宜产生结构裂缝。该技术无需采用内部管道加固,仅借助外力结构支撑即可完成相关的结构加固作业,实现对桥梁结构质量的有效控制,提升结构材料紧密性,技术安装相对较为便捷,可更为有效地进行张拉施工,不需要重型机械设备即可完成相关作业项目,对人力资源的投入也可控制在相对较少的范围内,同时适用于工期较短的桥梁工程,能够在较短时间内完成桥梁结构加固,施工成本低廉。 体外预应力加固灵活性较高,通过对提高结构构件的更换即可完成加固维护处理,即使桥梁结构加固受到外部环境因素的影响产生结构坏损问题,仍可在相对较短的时间内对桥梁结构重心进行调整,以便于对桥梁预应力结构部件进行安装。体外预应力加固技术所选的使用工序较为简单,因此在桥梁的维护管理方面不需要进行繁琐的技术处理即可保障桥梁结构质量,确保桥梁运行的稳定安全。 体外预应力桥梁结构钢筋基础较为稳定,混凝土截面协调,不宜产生结构形变,同时应力约束方向分布均匀,结构应力作用荷载压力重心统一,不存在结构重心偏移的情况,结构变化幅度可控制在相对较小的范围内,避免结构裂缝的产生,即使裂缝在外部因素的影响下沿桥梁基础承压结构延展,也可在预应力的影响下始终保持闭合状态,降低裂缝扩张速度,为桥梁裂缝问题的处理赢取宝贵时间。 预应力钢束束长实际长度与传统预应力结构相对更长,采用连续跨步束即可直线结构整体强度及密度的提升,使刚度标准达到相对较高的水平,避免出现结构突出问题,让预应力结构应用更为灵活,以免在桥梁使用中产生严重的桥梁病害问题,同时可为桥梁的后期局部加固提供实际的有利条件。 传统桥梁预应力箱梁结构主要依赖于桥梁基础的上部结构设计,对桥梁原结构损伤较大,如桥梁重力较大,则可直接降低桥梁基础结构的使用年限。而体外束布置于梁体内部,与桥梁的基础结构不产生直接的接触,仅通过间接接触实现对桥梁部分结构的加固,有效降低对原结构材料的影响,可在增加路面标高的情况下予以使用。 体外束通常采用直线设计,在特殊标准的桥梁设计中也有折线布置设计方案,束形相对较为简洁,同时与转向块(如图1所示)相连的过程中可有效地降低摩擦范围,使预应力基础数据能够始终保持在相对较高的阶段,降低预应力实际损失,通过对合理运用实现体外预应力钢束与原结构的无粘结处理,将预应力结构压力合理地压缩在大范围空间内,以便提高结构受力效益。  图1 转向块配筋方式 1.2 桥梁体外预应力加固适用性在桥梁梁体出现正面界面抗弯力下降时,及正面结构受拉区出现严重锈蚀状况后,可有效将体外预应力应用于该类桥梁加固中,一方面可有效避免对桥梁梁体结构的过度更变,另一方面也充分解决桥梁部分结构承载力不够问题,避免结构老化对桥梁运行造成安全隐患。 梁体斜截面抗剪承载力不足直接导致桥梁结构稳定性下降,严重者甚至在桥梁斜截面钢筋连接处存在局部钢筋断裂问题,使桥梁实际承重水平下降。体外预应力在桥梁斜截面抗剪承载力不足的处理方面,能够有效地将重力及部分压力进行转移,使原有桥梁结构受力保持在相对均衡的范围内。 梁体抗弯度不足问题的产生主要影响因素在于桥梁挠度超过实际规范标准,从而促使其不断向中下挠延续发展,影响梁体基础结构。对其可通过外部加固方法将体外预应力加固技术应用于基础结构外侧,使其形成有效的压强保护,避免其不断向中下挠延伸,对梁体抗弯度进行进一步提高。 桥梁刚度较低问题在桥梁实际使用中也较为常见,其主要原因与桥梁初期设计及桥梁使用老化有必然联系,使受拉区裂缝宽度不断扩大,最终超过实际规范标准。对预应力加固技术的运用要从解决桥梁基础刚度及桥梁受拉区裂缝方面入手,通过提高受拉区裂缝密合度及桥梁结构刚度保障桥梁结构受力均衡。 2 预应力合力束界2.1 设计要点桥梁体外预应力加固技术应用的实际适用范围已在上文中明确阐述,该技术运用使桥梁基础承载力提升,同时也产生合力束界发生改变,与原桥梁设计方案有一定的数据差异。合力束界的改变使桥梁总体承载性能提升,通过合理设计体外预应力应用方案将桥梁使用效果提升至桥梁设计的初期阶段,继而确保合力束界能够与桥梁原设计方案一致。 2.2 施工控制要点旧桥加固的核心内容在于提高桥梁结构性能,解决承载力下降等相关方面问题,在此过程中要求将合力束界保持一致,并按桥梁初期的设计方案对桥梁加固加以规范,从而保障桥梁加固能够达到良好的加固效果,提高桥梁使用安全性及稳定性。 (1)对桥梁预应力束的布控也确保其实际准确性,提高束结构应力基础,保障合力束界数据一致,避免桥梁加固后因合力束界问题而产生桥梁结构病害。 (2)在桥梁桥跨及跨中结构内存在3个断面处,对断面的处理要根据横向分布在各不同断面设置3个控制点,并在周围布置9个检测点,同时选择全站仪及水准仪对不同控制点的结构变化进行检测,而后将相关数据信息传送至传感器。仪器设备对控制点的检测有益于提高合力束界一致性,确保与桥梁初期设备保持相同,使桥梁预应力加固可切实发挥实际效果。 (3)预应力张拉过程中要保障不同束整束的受力均衡,避免单一束条受力过大而影响桥梁结构预应力应用平衡性,在单根结构张拉过程中要对同束的基础数据进行运算,保障束值的基本稳定。 (4)预应力加固作业注意选用系统化及智能化技术对桥梁施工做精细化处理,并有效控制作业方向,避免预应力施工作业产生质量问题,以便更好发挥出预应力桥梁加固效益。 2.3 加固处理及计算在地质环境较高的区域施工应力结构应用效果较差,容易受到拱顶沉降的影响,同时水压的变化及围岩压力均可引起结构形变,因此便需将支护受力大及受力不均衡等问题充分考虑到预应力加固中,从而保障体外预应力加固效果。 在桥梁设计较为低矮的区域,地下水对桥梁结构的影响不容忽视,岩层与隧道轴线夹角如存在褶皱情况,应及时采用相关措施进行有效处理,并控制支护结构受力,使预应力加固能够达到预期设计标准。 关于加固体系的内力的计算,需要以活荷载引起的水平筋拉力增量为变量,并切断水平筋来得到基本结构,具体的力法计算公式如下。  (1) 式中：q表示活载集度；ω1表示垫板中心至支座中心范围内活载弯矩面积。 ω2=qL3-ql3(L/2-l3/2) (2) 式中： ω2表示两垫板中心范围内活载弯矩图面积；l3表示垫板中心至支座中心的距离。 y1=(l1-xc)Asinα (3) 式中： y1表示单位力引起的梁端弯矩图面积重心竖向坐标；Xc表示ω1重心至垫板中心的距离。  (4)  (5) 式中： A为斜筋与水平筋拉力的比值；f表示滑块与梁底之间的摩擦系数；α表示斜筋与梁纵轴的夹角。 3 结论体外预应力技术在桥梁加固中的应用逐步广泛,使桥梁结构稳定性有所提升,桥梁使用效益及使用年限也随之增加,为桥梁使用的合理规划提供了技术支持。现代体外预应力在桥梁加固方面的应用不仅要考虑桥梁适用性及加固条件,同时要考虑桥梁后期的维护与管理问题,确保桥梁加固数据与桥梁预期设计要求保持一致,从而为体外预应力在桥梁加固方面的有效运用奠定坚实的基础。 参考文献 [1] 孙亚光. 体外预应力技术在重载铁路桥梁加固中的应用研究[D]. 长沙：中南大学,2014. [2] 张志刚. 体外预应力技术在桥梁加固中的应用[J]. 交通世界:工程技术,2014(1). [3] 李新宇. 体外预应力技术在桥梁加固工程中的应用[J]. 建筑安全,2013(11). [4] 许威. 连续刚构桥体外预应力加固关键技术研究[D]. 重庆：重庆交通大学,2013.
Exploration on Application of External Prestressing Technology in Reinforcement of Beam BridgeLI Jian-xun (Shanxi Taiyuan Bingkun Highway Survey and Design Consultation Co.,Ltd.,Taiyuan 030006,China) Abstract External prestressing technology is one of major technique categories of modern engineering reinforcement technology. Compared with traditional technology, this kind of technology has higher reinforcement stability and good technical adaptability. Meanwhile, it has basic advantage of low cost, especially applicable to the structure reinforcement of beam bridge, which can lay a good foundation for bridge reinforcement. The effective application of external prestressing technology in the reinforcement of beam bridge is analyzed, the features of its basic application and problems needing attention in the construction are elaborated, so as to provide theoretical reference for the actual application of this technology in beam bridge. Key words Beam bridge; External prestressing technology; Reinforcement application 中图分类号： U445.7+2 文献标识码： B 文章编号： 1673-6052(2018)01-0024-03 DOI：10.15996/j.cnki.bfjt.2018.01.007
|
|
|
