探讨公路梁桥体外预应力加固设计与施工技术
2016-02-29
一、 体外预应力加固技术概述
体外预应力加固法能较大幅度地提高构件的承载力，且它具有施工简单、合理、方便等优点，己成为桥梁界的新热点，现而今，预应力加固主要用于旧桥的加固，收到很好的经济和社会效益，是一种有效的主动加固法。体外预应力加固技术有如下几大的特点：
1加固效果显著。一方面，体外预应力加固技术的施工所需设备和人员较少，不仅简单易操作，施工布置还可以灵活调整，施工周期较短且经济效益好。另一方面，体外预应力加固技术增加的重量不大，可以灵活调整达到原结构的应力状态，达到加固的最佳效果。而且还能够较大幅度地提升旧桥梁的承载能力和结构刚度，有效防止桥梁的裂痕，是桥梁的饶度大幅度减低。同时，体外预应力加固技术不但可以用于中小型桥梁的加固，还可以应用于大中跨度的连续体桥梁的加固。
2施工对交通影响小。体外预应力加固技术在施工中不需要中断交通，只需要短时间的限制交通就可以进行施工。因此，在施工中对桥上交通的影响很小。另外，体外预应力加固法技术的应用可做到不影响桥下的净室，不抬高路面的标高，对桥梁本身的损伤较小。
3后期维护简单。体外预应力加固技术的另一大优点就是加固之后便于桥梁和体外预应力设备的维护与维修，能够随时更换预应力的应力筋。同时，可以随时对体外预应力加固技术的应力筋实施实时监控，对出现裂纹或者腐蚀情况的应力筋进行及时的修复和更换。这既能够保证工程施工的安全性又能够节约成本。
4在路桥工程施工过程中，预应力加固法主要应用于悬臂梁、连续体系梁与简支梁桥的结构加固，促进其在使用中更加稳定、安全、牢固。在路桥施工中应用预应力加固法，不但可以有效降低或消除局部裂缝现象，而且有利于减小梁体挠度，使得路桥结构中不同界面都达到最为理想的应力状态。
二、计算模型分析
在体外预应力结构中, 体外预应力索与混凝土结构为点接触连接,组成了一个内部超静定结构体系。结构分析采用桥梁博士软件进行分析计算。采用有限元程序分析建模时,除和体内预应力结构一样考虑结构构造、施工工况等特点外,还应重点反映体外预应力索的特点。体外预应力索单元在转向构造先采用固结的方式分析(转向结构用刚臂模拟),对于体外预应力索单元在转向器之间可能产生的滑移,根据各工况进行判断。当发现预应力筋达到滑移条件, 则释放预应力筋与转向器的粘接点两侧预应力筋部分拉力差, 达到满足预应力筋与转向器摩阻条件的平衡状态。
在预加应力过程中,体外预应力对结构施加了力的作用。本设计为模拟这种作用,采用等效荷载法,将索对接触点的作用力以等效集中荷载替代。当预应力索与结构接触点之间的约束确定时,接触点之间各段索的拉力是静定的。在体外预应力索施力作用形成时,之前的由摩阻、锚具等引起的预应力损失已扣除。待等效荷载施加后,将预应力索单元连接到相应的节点,以模拟混凝土结构与体外预应力索单元之间的相互作用。
三、路桥施工中应用预应力加固法的优势
在路桥工程施工过程中，预应力加固法主要应用于悬臂梁、连续体系梁与简支梁桥的结构加固，促进其在使用中更加稳定、安全、牢固。在路桥施工中应用预应力加固法，不但可以有效降低或消除局部裂缝现象，而且有利于减小梁体挠度，使得路桥结构中不同界面都达到最为理想的应力状态。从现代路桥工程专业技术的角度进行分析，应用预应力加固法的优点主要表现为：
1 在路桥施工过程中，可以有效减少对于正常交通运输的影响；
2 预应力加固法应用所需要的人员与机械设备相对较少，布置较为简单，且随时可以进行调整，施工作业的经济效益较为理想；
3施工过程中增加的恒荷载相对较少，对于原路桥结构的应力情况可以进行调整，以达到路桥结构整体加固的目的；
4 应用预应力加固法有利于路桥使用阶段的维护与修补，而且可以根据实际情况进行预应力筋的更换；
5 路桥施工中应用预应力加固法对于桥下净室的影响较小，现场施工作业中无需体征路桥表面标高，对于路桥整体结构的损伤较小；
6 预应力加固法的应用范围较广，不但适用于中小跨度、简支结构体系路桥结构的加固，在大中跨度、连续体系路桥结构的加固中也具有理想的效果。
四、预应力加固法在路桥施工中的应用
目前，我国体外预应力加固技术的主要特点是体外预应力加固法，主要用于包括简支梁、连续体梁、悬臂梁在内的梁式桥的正常使用范围内的加固。主要的施工方法是通过对旧桥梁施加体外的预应力，以减少或者消除旧桥梁裂缝以及各桥面应力不均衡所带来的不利影响。
1体外预应力加固法
体外预应力加固法是指将具有防腐保护功能的预应力筋合理布置于路桥梁体外部或者箱内，对于梁体施加一定的预应力，利用预加力产生的反弯矩使得路桥结构中因部分外荷而产生的内力抵消，以达到改善梁体使用功能的目的，并且有效提高梁体的整体承载能力。目前，在国内的路桥施工中，体外预应力加固法是一种较为常见的加固技术措施，尤其适用于大跨径预应力混凝土连续T构箱梁桥、连续箱梁的加固处理。体外预应力筋锚固一般在梁端或者中间部位的横隔梁上，跨间使用转向块进行预应力筋角度的调整，以适应梁体的整体受力要求。
与传统的预应力混凝土结构路桥相比，应用体外预应力加固法的技术特点主要表现为：1）体外预应力钢筋的应用形式较为灵活，可以根据实际需求将其设计为可更换、可补位或不可更换等形式，以利于路桥结构今后的维修、养护与加固；2）在旧路桥工程的结构加固中，应用体外预应力加固法的施工流程较为简单，由于梁肋中无需设置管道，有效避免了截面削弱的现象。
2有粘结预应力加固法
有粘结预应力加固法主要是利用锚固于需要加固的路桥梁体上，一般是选取小直径的预应力筋，对于梁体施加一定的预应力，适量喷注抗拉强度相对较高的复合砂浆，使得预应力筋与梁体牢固粘结，从而构成一个具有粘结预应力特征的路桥梁体加固体系。有粘结预应力加固法在路桥工程中的应用，具有预应力筋锚固简单、结构耐久性良好、张拉施工操作简单及材料利用效率较高等技术特点，而在国内路桥工程加固施工中得到了广泛的应用。有粘结预应力加固法适用于中、小跨径的钢筋混凝土空心板梁、T梁与箱梁桥的加固处理，尤其是在城市高速公路与立交工程中的应用，有效提高加固处理的效率与质量。
3高强复合纤维预应力加固法
在国内现阶段的路桥施工中，高强复合纤维预应力加固法应用的材料以芳伦纤维、碳纤维等为主，其中碳纤维材料的应用范围最广，而且具有施工技术经验成熟的优势。高强复合纤维预应力加固法的基本作用原理为，将锚固粘贴于需要加固的路桥梁体上的碳纤维布条或者板条，对于路桥梁体施加一定的预应力，以改善梁体的实际受力状态。高强复合纤维预应力加固法应用的关键技术是能否科学解决预应力纤维布或者板条的张拉、锚固等问题。
五 结语
体外预应力混凝土结构有很多优点: 简化预应力筋曲线,减小摩阻损失;减小混凝土构件截面尺寸,减轻结构自重;可更换预应力筋,并便于在使用期内检测和维护;施工工艺简便,由于预应力筋与混凝土截面分离,提高了混凝土的质量和耐久性。体外预应力结构体系的适用范围非常广泛, 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,也可用于旧有的钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的重建、加固和维修,同时体外预应力技术还可用于临时性预应力混凝土结构或施工临时性钢索。
