預應力加固設計方法探討
2011-10-11 來源：中國百科網
一．引言
隨著我國交通事業(yè)的快速發(fā)展，各種重型車輛，尤其是工程用重型運輸車的不斷出現．橋梁負荷日趨加重，部分舊橋老化、破損嚴重，甚至設計荷載等級已不能要求使用滿足。因此對舊橋、危橋的加固維修，及如何提高其承載力的問題，開展有關的維修與加固方法研究是非常有必要的。
二．體外預應力加固技術簡介
體外預應力是后張預應力體系的重要分支之一。不同于傳統(tǒng)的后張有粘結或無粘結預應力結構，體外預應力結構是將預應力束布置于結構主體截面以外施加預應力的一種結構體系。體外預應力體系由四個基本部分組成：體外預應力索；體外索錨固系統(tǒng)；體外索轉向裝置；體外索防腐系統(tǒng)（圖1）。
體外預應力技術適用范圍非常廣泛，不僅可以應用于新建工程，更適用于舊結構的改造與加固。體外預應力技術在舊橋加固改造工程中有以下優(yōu)點：
1．受力明確、施工簡便、不影響正常交通；
2．在自重增加很小的情況下可大幅度改善和調整原結構的受力狀況，提高結構剛度和承載能力；
3．維護修補方便，可以隨時更換預應力筋；
4．對原橋的結構損傷很小，可以做到不影響橋下凈空．且不增加路面標高。
三．加固設計一般步驟
1．體外預應力筋面積的估算在實際工程加固中，常常采用虛功原理或力法進行結構計算，以簡支梁為例。該方法是根據結構力學的力法原理以體外索的應力為變量，通過切斷水平筋擴作用單位力Xp=1，則由力法方程有：
可采用預應力度法確定體外預應力筋的拉力Ny，而：
式中：Npe−預應力放張后體外筋的有效預拉力；Xp−活載作用下，體外預應力鋼筋的拉力增量。
結合（1）~（3）式，可求出體外預應力筋用量Ay．
2．加固體系的驗算
確定體外預應力筋的用量及設計張拉力后，應對加固后橋梁的各項使用性能指標進行驗算。使用階段的驗算包括混凝土應力的驗算、原梁內鋼筋的應力驗算、體外預應力筋的驗算、裂縫驗算及撓度驗算等。根據結構的工作狀態(tài)，求出使用荷載作用的計算值與材料的允許值相比較，判斷是否滿足要求。
極限強度驗算是指根據實際的體外預應力筋配筋情況，計算加固體系的極限抗彎強度和抗剪強度，判斷其是否滿足設計要求。如果加固體的驗算不能滿足設計的要求．則需要重新進行配筋計算。
3．錨固端及轉向塊設計
體外預應力加固技術，轉向塊和錨固端構造設計很關鍵必須充分考慮結構的特點和使用功能等要求。錨固端及轉向塊的設置可利用原結構橫隔或新增橫隔，新增橫隔必須與原有結構可靠連接，需要根據具體的梁截面形狀、拉索類型來定。
錨固端的作用就是要將拉索兩端的錨具與梁體固定和連接，以便將拉索的拉力傳遞給梁體。當使用膨脹錨栓或者種植高強錨桿（或鋼筋）來固定錨固端時，應充分了解原梁體鋼筋的分布情況，避免鉆孔對原結構的損傷。施工時需借助鋼筋探測儀器，核實鋼筋的實際擺放位置。
轉向塊擔負著鋼索轉向的重要任務，在結構加固工程中形式很多樣，應根據實際情況進行設計。例如：梁側力筋向下彎折處可采用鋼吊棍作為轉向裝置，力筋向上彎折處可在梁側加肋與力筋接觸處設置支承墊板；在梁頂或梁底的轉向裝置可通過在梁體直接設支承墊板完成，但此時應能確保加固梁的混凝土的強度達標，不會在墊板處造成局部破壞。
四．工程實例
該橋建于上世紀80年代初，為11孔16m跨簡支梁橋，原設計荷載為汽－20級，經過多年的使用，橋梁已出現不同程度的破損。廣州建設工程質量安全檢測中心于2007年11月對該橋進行了檢測，檢測結論認為：“該橋部分橋跨在整體受力性能上不能滿足設計和使用要求，同時為防止結構工作狀態(tài)進一步惡化，并鑒于該橋位于市區(qū)交通主干線上，長期處于超載狀態(tài)，需要對該橋進行重建或大修。”
綜合比較各種加固方案后，最終決定采用體外預應力加固的方法對舊橋丁梁進行加固。針對丁梁跨中截面抗彎能力不足的問題，在梁肋底張拉預應力水平筋，水平筋為2根JL32精軋螺紋鋼筋，兩束預應力索布置在兩榻丁梁之間，兩端分別錨固在梁底的轉向塊上（圖2）。兩個轉向塊對稱設置在1/4橋跨橫隔板處，轉向塊采用6~28mm的鋼板制成。轉向塊的固定首先需要預埋好支撐板，施工前先將梁橫隔板底貼鋼板處混凝土鑿除1cm，再用環(huán)氧砂漿將支撐鋼板粘貼在梁的橫隔板底面上，然后將轉向鋼板與預埋的支撐板頂緊焊接。
另外針對梁體根部抗剪承載能力不足的問題，采用在腹板錨固斜拉桿的方法進行加固，斜桿由16a槽鋼和鋼板焊接組成。上錨固塊首先用環(huán)氧砂漿將粘貼在梁體腹板上，再采用高強螺栓將錨固塊固定在腹板，由于螺栓孔位是根據舊橋施工圖鋼筋位置確定的，與其實際情況存在一定的偏差，因此在確定錨固及打孔的位置前，需要進行必要的鋼筋探測防止螺栓孔位與鋼筋沖突。
精軋螺紋鋼采用熱鍍鋅防銹層，外套熱壓成型的PE塑料保護套防腐。對于同一根梁的兩側預應力鋼筋應做到同步張拉。每根索的設計張拉力為20Mpa，根據計算，加固后橋梁抗彎承載力提高約15%，橋梁跨中撓度值減小1.5mm。
五．結論
體外預應力加固方法，在提高舊橋抗彎、抗剪承載能力的同時，可節(jié)省鋼筋，減少管道摩阻損失，另外體外預應力筋布置靈活，安全可靠，特別是可以在結構正常工作情況下實現調索和換索，是其他結構形式所無法比擬的優(yōu)點。隨著相關理論的不斷完善、新型材料和新型錨固體系的發(fā)展，為體外預應力技術的應用帶來了新的活力，使得這種技術有更加廣泛的發(fā)展應用前景。
