杜玉

摘要： 預(yù)應(yīng)力技術(shù)不但加快了土木工程業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也為公路、橋梁加固提供了一種有效的、主動(dòng)的、便捷的方法。預(yù)應(yīng)力技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展較快、應(yīng)用較廣的一種加固補(bǔ)修技術(shù)。與傳統(tǒng)的路橋施工技術(shù)措施相比，預(yù)應(yīng)力技術(shù)雖然起步較晚，但其發(fā)展卻異常迅速，近年來路橋施工中還越來越多地應(yīng)用到了體外預(yù)應(yīng)力加固法，相信其應(yīng)用前景還會(huì)與日俱增。
關(guān)鍵詞:公路橋梁  預(yù)應(yīng)力 加固技術(shù)  特點(diǎn)
中圖分類號(hào)： U448.14         文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A            文章編號(hào)：
Abstract: not only the prestressed technique to speed up the development of civil engineering, but also for the highway, bridge reinforcement provides an effective, active, and convenient method. Prestressed technique is the rapid development, are widely used a repeat of reinforcement technology. And the traditional road &bridge construction technical approaches, prestressed technique although started late, but its development is exceptionally rapid, road &bridge construction in recent years more and more application in the external prestressing consolidation method, believe that the application prospect will still growing.
Key words: the highway bridge prestressed strengthening technical characteristics


引言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公路橋梁的建設(shè)也發(fā)生著日新月異的變化。由于橋梁的造價(jià)較為昂貴，所以在橋梁的建設(shè)過程中，人們總是想方設(shè)法采取各種措施來確保工程的質(zhì)量。但是盡管如此，由于橋梁長期在使用環(huán)境(結(jié)構(gòu)與材料的疲勞、荷載頻率與作用的增加)和自然環(huán)境(溫度、濕度變化、大氣腐蝕)的作用下，始終會(huì)逐漸地產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞現(xiàn)象。因此，橋梁技術(shù)中的加固措施就成為了公路橋梁工程中備受關(guān)注的課題。而與傳統(tǒng)的路橋施工技術(shù)措施相比，預(yù)應(yīng)力技術(shù)雖然起步較晚，但其發(fā)展卻異常迅速。預(yù)應(yīng)力技術(shù)措施不僅應(yīng)用于公路橋梁的結(jié)構(gòu)，而且近年來公路橋梁施工中還越來越多地應(yīng)用到了預(yù)應(yīng)力加固法，相信其應(yīng)用前景還會(huì)與日俱增。
1、公路橋梁常用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的特點(diǎn)分析
在公路橋梁施工中，預(yù)應(yīng)力加固法主要被用于包括連續(xù)體系梁、懸臂梁、簡支梁橋等在內(nèi)的梁式橋在其正常使用極限狀態(tài)出現(xiàn)超限情況下的的結(jié)構(gòu)加固。而通過對(duì)于已建路橋來進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固，不但可以達(dá)到降低或者消除裂縫的目的，還有助于減小梁體的撓度，并且使結(jié)構(gòu)各個(gè)截面的應(yīng)力狀態(tài)都可以得到有效改善。另外，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)來對(duì)公路路橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)還有很多的優(yōu)點(diǎn)：第一，在施工過程中，可以不使交通中斷或者是僅僅需要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行交通限制，所以對(duì)于路橋橋上的交通影響非常��；第二，其所需要的人員、設(shè)備較少，且布置簡單并可以調(diào)整，經(jīng)濟(jì)效益良好，施工周期也較短；第三，有利于維護(hù)修補(bǔ)，而且能夠隨時(shí)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行更換；第四，因?yàn)榇朔椒ㄋ�增加的恒荷載不多，所以可以通過對(duì)原結(jié)構(gòu)當(dāng)中的應(yīng)力情況進(jìn)行能動(dòng)地調(diào)節(jié)，來達(dá)到有效加固路橋結(jié)構(gòu)的目的；第五，預(yù)應(yīng)力加固法還可以做到不影響其橋下凈室，而且無需抬高路橋表面的標(biāo)高，對(duì)路橋的損傷也非常小；第六，其還可以較大幅度地對(duì)已建路橋的結(jié)構(gòu)剛度和承載能力進(jìn)行有效的提高，并且能夠?qū)υ�結(jié)構(gòu)的撓度和裂縫進(jìn)行有效的控制，從而使裂縫能夠得到部分甚至全部的閉合，并使撓度得到大幅度降低。第七，預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅能夠被用在加固中小跨度、簡支結(jié)構(gòu)體系的路橋結(jié)構(gòu)當(dāng)中，還可以被用在加固大中跨度、連續(xù)體系的路橋結(jié)構(gòu)。
2、混凝土橋梁加固所面臨的問題及對(duì)策耐
2.1混凝土橋梁加固所面臨的主要問題
混凝土橋梁加固主要面臨著耐久性缺乏的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
一是混凝土橋梁的耐久性一般在20 年以上的，極其容易出現(xiàn)大面積的破裂、脫落、老化，鋼筋受到的銹蝕程度嚴(yán)重，使橋梁受到嚴(yán)重的損壞；二是受到嚴(yán)重?fù)p壞的橋梁，其本身具有的穩(wěn)定性、牢固性、安全性大大降低，嚴(yán)重威脅到公路橋梁交通的安全；三是維護(hù)混凝土橋梁的耐久性，進(jìn)行加固施工，需要花費(fèi)大量的資金。
2.2提高混凝土橋梁耐久性的對(duì)策
提高混凝土橋梁的耐久性，是公路橋梁加固的重要技術(shù)之一，其主要方式有兩個(gè)，一是選用高性能、高品質(zhì)的混凝土，相方設(shè)法提高混凝土的勻質(zhì)性、密實(shí)性、抗?jié)B性和耐凍性，從而達(dá)到提高混凝土抵抗冷凍侵蝕和碳化的能力；二是對(duì)既有橋梁所存在的缺陷進(jìn)行加固改造施工，提高橋梁的耐久性，達(dá)到延長混凝土橋梁使用壽命的目的。
3、橋梁加固
橋梁加固改造是運(yùn)用有效可行的技術(shù)手段對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)物進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固及拓寬，其根本目的是恢復(fù)和提高其承載能力及耐久性。目前，常用的橋梁加固方法很多，從大的方面劃分可分為上部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固和下部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固。橋梁上部結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固方法又分為改變結(jié)構(gòu)受力體系方法和不改變結(jié)構(gòu)受力體系方法兩類。從后加補(bǔ)強(qiáng)材料是否具備預(yù)應(yīng)力及基本受力原理來看，橋梁上部加固又可劃分為兩大類，即主動(dòng)加固和被動(dòng)加固。
3．1橋梁主動(dòng)加固原理
在受拉區(qū)(或抗剪薄弱區(qū))直接增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)材料，例如：補(bǔ)焊鋼筋、粘貼鋼板、粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維材料(碳纖維、芳綸纖維)等。這種加固方法從作用原理上講，屬于被動(dòng)加固范疇。實(shí)際上設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮帶載加固及分階段受力特點(diǎn)，構(gòu)件自重及恒載由原梁承擔(dān)；活載由加固后的組合截面承擔(dān)，后加補(bǔ)強(qiáng)材料強(qiáng)度發(fā)揮程度受原梁變形的限制。
3．2橋梁被動(dòng)加固原理
為解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料“應(yīng)變滯后”，提高后加補(bǔ)強(qiáng)材料利用率，對(duì)后加補(bǔ)強(qiáng)材料施加預(yù)應(yīng)力，采用預(yù)加力原理進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。從作用原理上講預(yù)應(yīng)力加固屬于主動(dòng)加固范疇。后加補(bǔ)強(qiáng)材料主動(dòng)受力，由于預(yù)加力的作用，改善了原梁的應(yīng)力狀態(tài)，以達(dá)到提高原梁承載力和抗裂性的目的。目前，橋梁結(jié)構(gòu)中采用的預(yù)應(yīng)力加固體系主要有三種：即體外預(yù)應(yīng)力加固體系、高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固體系、有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系。
4、公路橋梁中常見的應(yīng)預(yù)力加固技術(shù)及其特點(diǎn)分析
目前，公路橋梁結(jié)構(gòu)中常用的預(yù)應(yīng)力是三種加固體系主：即有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系、體外預(yù)應(yīng)力加固體系、高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固體系、
4.1有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系
4.1.1作用原理
利用錨固于被加固梁體上的小直徑預(yù)應(yīng)力筋，對(duì)梁體施加預(yù)應(yīng)力，然后噴注具有較高抗拉強(qiáng)度的復(fù)合砂漿，將預(yù)應(yīng)力筋與被加固梁體粘結(jié)為一體，構(gòu)成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系以其預(yù)應(yīng)力筋錨固簡單、張拉施工方便、結(jié)構(gòu)耐久性好，材料利用效率高的技術(shù)優(yōu)勢受到國內(nèi)外土木工程界的重視。
4.1.2技術(shù)特點(diǎn)
與體外預(yù)應(yīng)力加固體系相比有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系的突出優(yōu)點(diǎn)是：一是能最大限度的發(fā)揮后加補(bǔ)強(qiáng)材料的作用，提高材料的利用效率；二是噴注的高性能抗拉復(fù)合砂漿保護(hù)層�？固蓟�和抗氯離子侵蝕能力強(qiáng)，保護(hù)鋼筋免于銹蝕，提高結(jié)構(gòu)耐久性，延長結(jié)構(gòu)使用壽命；三是靠小型錨具和高性能抗拉復(fù)合砂漿粘結(jié)的雙重作用錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋，錨固工作更為安全可靠。
4.2體外預(yù)應(yīng)力加固體系
4.2.1發(fā)展背景
上個(gè)世紀(jì)70 年代，交通運(yùn)輸開始出現(xiàn)了較快的發(fā)展。隨著交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，公路橋梁的加固改造引起了世界各國的廣泛關(guān)注，很多國家專門開展了舊橋加固研究，在一些國家，采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行橋梁加固處理，使原橋的荷載等級(jí)大大提高，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)成效。90 年代以后，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)得到了較快的發(fā)展。
4.2.2作用原理
一是體外預(yù)應(yīng)力加固是指在梁體的外部（或箱內(nèi)）安裝上具有防腐保護(hù)作用的預(yù)應(yīng)力筋，梁體受到施加的預(yù)應(yīng)力，部分外荷產(chǎn)生的力會(huì)被預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩所抵消從而達(dá)到改善橋梁使用性能和提高橋梁承載性能的目的；二是作為目前常用的加固方法之一，體外預(yù)應(yīng)力的適用對(duì)象為：大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T構(gòu)箱梁橋和連續(xù)箱梁的加固；三是體外預(yù)應(yīng)力筋錨固定在梁中間或中間的橫隔梁上，跨間調(diào)整預(yù)應(yīng)力筋角度的是轉(zhuǎn)向塊，非常適宜梁的受力要求；三是嚴(yán)格來講，體內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力、體外預(yù)應(yīng)力，均是無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論分析的核心問題是預(yù)應(yīng)力鋼柬在各受力階段的應(yīng)力增量計(jì)算問題。
4.2.3技術(shù)特點(diǎn)
與一般預(yù)應(yīng)力混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相比較而言，體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是體外預(yù)應(yīng)力的鋼筋既可以設(shè)計(jì)成不需要更換的，也可以設(shè)計(jì)成能夠更換、補(bǔ)拉的；二是可以更換的體外應(yīng)力鋼筋，具有便于維修、養(yǎng)護(hù)和加固的特點(diǎn)；三是用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)實(shí)施舊橋加固，其橋梁構(gòu)造簡單，使施工方便易行。四是大大減小了鋼筋柬的摩阻損失，提高了預(yù)應(yīng)力筋的利用效率，力筋應(yīng)力的變化幅值較小，有利于橋體抗擊疲勞；五是體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在我國混凝土橋梁加固改造中的推廣應(yīng)用，為混凝土耐久性問題的解決提供了可能技術(shù)支撐，大大提高了橋梁的耐久性，使橋梁的使用壽命也得到了很好的延長。例補(bǔ)拉一次或換一次索，可延長其的使用壽命20 年，大大降低了橋梁加固及養(yǎng)護(hù)的管理成本，亦有利于橋梁加固管理工作的長期發(fā)展。
4.3高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固體系
目前，碳纖維和芳倫纖維是工程上應(yīng)用得最為廣泛的高強(qiáng)復(fù)合纖維。在橋梁預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)中，與芳倫纖維比較而言，碳纖維材料應(yīng)用得更為廣泛，技術(shù)更加成熟，故本文主要介紹碳纖維預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)。
4.3.1作用原理
為了達(dá)到增強(qiáng)公路橋梁加固的效果，提高碳纖維材料的有效使用率，施加預(yù)應(yīng)力給碳纖維材料是一種有效的辦法。碳纖維預(yù)應(yīng)力加固的作用原理為，利用錨固粘貼于被加固梁體上的碳纖維布條（或板條）對(duì)梁體施加預(yù)應(yīng)力，使加固梁的受力狀態(tài)得到相應(yīng)的改善。這種技術(shù)的關(guān)鍵是解決預(yù)應(yīng)力纖維布（或板）的張拉、錨固的問題，使其適應(yīng)于橋梁現(xiàn)場施工的要求。
4.3.2技術(shù)特點(diǎn)
一是高強(qiáng)高效。由于FRP 優(yōu)異的物理力學(xué)性能，在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強(qiáng)度、高彈性模量的特點(diǎn)來提高混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達(dá)到高效加固修補(bǔ)的目的；二是線膨脹系數(shù)與混凝土接近，保證了溫度變化時(shí)，F(xiàn)R 與混凝土可以協(xié)同工作；三是施工便捷、工效高、沒有濕作業(yè)，不需大型施工機(jī)具，施工占地少，施工效率高。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，粘貼FRP 是粘貼鋼板施工工效的4～8 倍。FRP 輕質(zhì)柔軟，易貼附，與粘貼鋼板相比其施工質(zhì)量更易保證；三是不增加構(gòu)件的自重和體積。FRP 質(zhì)量輕且厚度很薄，經(jīng)加固修補(bǔ)后的構(gòu)件，基本上不增加原結(jié)構(gòu)的自重和尺寸，也就不會(huì)減少建筑物的使用空間；四是具有很好的耐腐蝕性和耐久性能。五是適用面廣�？蓮V泛用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)形狀、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀，這是目前任何一種結(jié)構(gòu)加固方法都不可比擬的。
5、公路橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)施工要點(diǎn)
5.1、錨固支座及滑塊墊板位置的定位放樣
沿著路橋主梁底部從其錨固的實(shí)際中心點(diǎn)向著跨中的方向來量取其滑塊墊板的跨中位置及中心位置，并分別標(biāo)記在路橋主梁底部的兩側(cè)，然后再將其墊板平面的尺寸標(biāo)記在主梁底面上，并標(biāo)出相關(guān)的螺栓孔位。值得注意的是在墊板的放樣過程中可以不考慮主梁撓度所造成的影響。
5.2、預(yù)應(yīng)力筋的制作及施工準(zhǔn)備
應(yīng)采用機(jī)械切割工藝，而嚴(yán)禁電弧切割。按照下好料的鋼絞線，在下端頭分別按照設(shè)計(jì)錨固段的中心每隔3m處進(jìn)行承載體的安裝。注漿管的安裝應(yīng)滿足設(shè)計(jì)的要求。不僅要具有足夠的強(qiáng)度，還要保證在注漿施工中的順利注漿，不破損拉斷、爆管或堵塞。為了順利下錨，在完成預(yù)應(yīng)力加固體的緊箍環(huán)和隔離支架的組裝后，應(yīng)在加固體的底端采用綁扎的方式來接裝導(dǎo)向帽，而不宜進(jìn)行焊接。
5.3、預(yù)應(yīng)力筋的安裝和張拉
預(yù)埋階段主要是預(yù)應(yīng)力筋曲線形狀的控制，即保證各控制點(diǎn)的標(biāo)高定位準(zhǔn)確、牢固，其他工序不會(huì)影響和破壞波紋管，保證標(biāo)高控制點(diǎn)陣和曲線形狀的正確，當(dāng)其他工序與預(yù)應(yīng)力筋預(yù)埋發(fā)生矛盾時(shí)及時(shí)處理。張拉階段主要是保證張拉應(yīng)力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其伸長值變化在設(shè)計(jì)和規(guī)范的允許范圍之內(nèi)。灌漿階段主要是保證灌漿計(jì)量準(zhǔn)確，且孔道漿體飽滿。
5.4、壓漿
在施工過程中必須嚴(yán)格控制用水量，對(duì)于未能及時(shí)使用而流動(dòng)性能降低的水泥漿，嚴(yán)禁通過加水的方法來提高其流動(dòng)性；在漿體攪拌時(shí)，水泥、外加劑和水的用量都要嚴(yán)格控制；攪拌機(jī)內(nèi)的漿體應(yīng)每次都全部卸盡，不得采取一邊出料一邊進(jìn)料的方法；若在壓漿前發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)殘留有臟物或水分，則必須使用空壓機(jī)將殘留在管道內(nèi)的臟物或水分清除。
結(jié)束語
總的來說，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是公路橋梁加固改造的重要方法之一。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)公路橋梁預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的要求將越來越高，我們必須不斷探究公路橋梁的預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，創(chuàng)新工作方法，提高公路橋梁預(yù)應(yīng)力技術(shù)水平，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。
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