路桥工程体外加固技术的探讨
0前言
随着我国经济建设的发展,公路网已基本形成,但公路网中部分桥梁抗震性能不良、承载力不足,施工不规范，影响其安全性和使用功能,需采用加固措施提高承载力以适应交通需要，因此， 旧桥加固将是桥梁工程界一个非常迫切的任务.体外预应力是一种有效的桥梁加固方法,简单易行,不影响行车,受力途径明确,能显著提高结构承载力和抗裂度,有效改善结构的应力状态。
1 体外索加固桥梁设计方法
1.1 理论
为了满足加固后旧桥承载力的需要,体外索一般采用折线形,同时满足梁正截面抗弯强度和抗剪强度的要求. 体外索材料一般由无粘结钢绞线、粗钢筋与槽钢组合而成。 体外索布置(如图1 )所示.体外索加固桥梁受弯构件时,可按偏心构件验算梁的承载力;按无粘结部分预应力混凝土结构,认为截面受弯破坏时,梁内的非预应力钢筋达到屈服,而预应力钢筋达不到极限强度,验算使用阶段的应力及结构的变形;按加劲梁组合结构分别对其受力和使用性能进行分析. 在正使用极限状态的各项指标计算时,按整体变形协调条件计算在外载作用下预应力筋的应力量。
2 桥梁加固设计实例
某大桥为平均跨距为13m 的钢筋混凝土T型梁桥,原设计荷载为汽-10 级、拖-60. 由于船体的撞击,下缘混凝土破损,部分混凝土脱落,已出现纵向贯通裂缝,主钢筋已严重锈蚀. 加固时,首先凿除松散混凝土,用钢丝刷清锈处理,采用挂模浇筑C40 混凝土修补完整,然后施加体外预应力加固. 加固后桥梁承载能力要求提高到汽15级。
T 型主梁翼缘宽178 cm ,翼缘厚12 cm ,梁肋宽18 cm ,受拉Ⅱ级,钢筋面积为44.27² cm , 采用C25混凝土,体外索布置如图1 所示,支点距转向块为180 cm ,转向块的间距为840 cm ,端锚固点距转向块为150 cm , 中心轴距梁上边缘为19.14 cm , 中心轴距梁下边缘为60.86 cm ,为端锚固点至中心轴距离, 为转向块至中心轴距离.每片T 型梁配置4 根无粘结预应力钢绞线,共16 根. 为了使每片梁受力均匀,采用两端分2 次张拉,固定端与张拉端交叉布置. 预应力钢绞线的张拉控制应力为855MPa ,有效预应力为62215Mpa。
加固后桥梁, 采用前轴为55 kN、后轴为155kN ,两辆载重汽车进行现场荷载试验。
由表1数据表明主梁跨中挠度为5.43mm,满足桥梁规范要求静活载挠度不超过(1/ 600) L 的要求,校验系数满足0.6～0.9旧桥鉴定的要求. 结构具有足够的抗弯刚度,达到汽-15 荷载标准作用的使用要求。
数据表明:施加预应力,使主梁的上边缘混凝土产生拉应力和下边缘混凝土产生压应力,则上边缘混凝土总压应力值与下边缘混凝土总拉应力值都减小. 钢筋的校验系数满足0.4 ～0.8 旧桥鉴定的要求. 采用体外预应力加固后,从加固前汽-10 级荷载提高到加固后汽-15 级荷载标准,加固效果是非常显著。
荷载试验表明:在汽-15 荷载标准作用下,加固后桥梁的抗弯承载能力系数为1.51 ,达到加固要求,该加固方法是可行的。
3 施工过程
3.1 钻孔与碳纤维粘贴
在T 型梁的腹板钻孔洞时,避开梁中受力钢筋. 洞口周围粘贴了30 cm ×30 cm 碳纤维,以增强混凝土的局部抗压能力。
3.2 穿索与预应力张拉
首先对每根无粘结钢绞线贴上编号标签,逐根将钢绞线穿入钢栓孔洞中,并调整至最佳位置.然后安装锚杯和夹片外螺母,将千斤顶和张拉配件安装就位,最后进行预应力张拉。
张拉程序:0 →10 %σcon (读初始伸长值并作张拉程序:0 →10 %σ(测量伸长值l3作记录）
→σcon (测量伸长值l3 并作记录) →卸荷至零. 采用一端张拉法对钢绞线在梁两侧各一根进行对称张拉. 张拉时,采用张拉力和预应力筋伸长量双重控制. 张拉过程中,跟踪观测每片主梁的跨中挠度和裂缝闭合情况。
张拉过程采用以张拉力控制为主,伸长值校验的方法. 初应力时量取千斤顶活塞的伸长量l1 张拉达20 %σcon 时再量取千斤顶活塞的伸长量l2 ,二者之差为钢索的实际推算伸长量. 张拉应力达100 %σcon ,再量取千斤顶活塞的伸长量l3 , l3 与l1之差为钢索的实际张拉伸长量. 实际张拉伸长量与实际推算伸长量之差,与理论伸长相比误差不超过+ 10 % , – 5 %.
注：梁1#1为1#梁张拉第一根预应力钢绞线,其他以此类推.
预应力张拉的理论伸长量计算按规范要求进行,采用平均张拉应力法即
式中, Fp 为平均张拉力;L ,Ap , Ep 分别为预应力钢绞线计算长度、面积和弹性模量
单根钢绞线的张拉力分别为120 kN(2 片中梁) 、100 kN(2 片边梁) ;初应力取张拉力的10 % ,即分别为12 kN ,10 kN.由表4、表5 数据可以看出,张拉时,跨中向上挠度实测值与理论计算值吻合较好,说明理论计算的正确和施工质量的可靠。
4 结束语
1) 综上所述，体外索加固法是在使用过程中,具有加固、卸载及减小结构内力的作用,值得推广应用。
2) 体外预应力加固法，加固后能达到荷载标准,加固效果是非常显著。
3) 体外索加固法有效改善了主梁在正常使用阶段的工作性能,裂缝宽度变窄,挠度明显减小。
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