與建筑結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用更為普及與深入。預(yù)應(yīng)力在橋梁、拱橋、斜拉橋和懸索橋等各類橋梁中均有廣泛的應(yīng)用�？梢院敛豢鋸埖卣f，在現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)中，70%以上的橋梁結(jié)構(gòu)都采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)。也由于預(yù)應(yīng)力技術(shù)的出現(xiàn)，出現(xiàn)了很多與預(yù)應(yīng)力有關(guān)的橋梁，如預(yù)應(yīng)力梁橋、預(yù)應(yīng)力鋼構(gòu)橋、預(yù)應(yīng)力拱橋、預(yù)應(yīng)力斜拉橋和預(yù)應(yīng)力懸索橋等。
近年來由于具有無粘結(jié)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力無法比擬的優(yōu)點(diǎn),如截面尺寸小、施工簡單、質(zhì)量容易保證,更重要體外索可以替換,重張拉。體外預(yù)應(yīng)力正廣泛應(yīng)用于美國、德國等許多國家的新橋梁建設(shè),同時應(yīng)用于舊有的混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固及維修。而我國體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的研究工作開展的相對較少.主要應(yīng)用于對舊橋梁的加固�？傊�,隨著預(yù)應(yīng)力橋梁和高強(qiáng)混凝土的發(fā)展,體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用將是現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。
一、體外預(yù)應(yīng)力束在舊橋加固中的應(yīng)用
在舊橋加固方法中,對于鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土梁板橋。采用在梁體下緣設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉桿或預(yù)應(yīng)力束,對受拉區(qū)施以體外預(yù)應(yīng)力的加固方法,可以抵消自重及外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,大幅提高其承載能力。
體外預(yù)應(yīng)力法有如下優(yōu)點(diǎn):自重增加少,但可大幅提高承載能力;由于上部自重增加少,因而對下部影響小;施工簡單,工期短,經(jīng)濟(jì)效益明顯;施工過程不中斷或少中斷交通;對原結(jié)構(gòu)損傷小,不影響橋下凈空;應(yīng)力可調(diào)整,預(yù)應(yīng)力束可更換。
體外預(yù)應(yīng)力加固體系由水平筋、斜筋、上錨固點(diǎn)、滑塊、承托、水平筋固定支座等部件組成。體外束橋梁加固結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)造形式及施工方法與常規(guī)的體內(nèi)有粘結(jié)或無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋有較大的差異.因而其預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算方法也有所不同。經(jīng)計(jì)算表明。與一般的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)比較,體外束加固結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失要小得多,針對這一點(diǎn),預(yù)應(yīng)力鋼筋的控制應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)降低.以避免體外預(yù)應(yīng)力筋長期處于高應(yīng)力狀態(tài),對改善體外束結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有利。
二、體外預(yù)應(yīng)力束在新橋建設(shè)中應(yīng)用
體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)自從20世紀(jì)30年代發(fā)展至今,其結(jié)構(gòu)體系一直在不斷地創(chuàng)新和改進(jìn).因而體外預(yù)應(yīng)力束的應(yīng)用也在不斷變化和豐富。體外預(yù)應(yīng)力束在新橋建設(shè)中的應(yīng)用,主要可以歸納為一下四種類型:
第一種是逐跨預(yù)制節(jié)段施工的長橋。該類型以Long Key橋?yàn)榇?體外預(yù)應(yīng)力束采用與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力同樣的普通多股鋼絞線和錨具,同樣采用水泥灌漿。因而預(yù)應(yīng)力成本較低。這種體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)通常在預(yù)制節(jié)段見采用干接縫和復(fù)式剪力鍵.當(dāng)整跨所有的預(yù)制節(jié)段在支撐結(jié)構(gòu)上安裝就位后.旌加體外預(yù)應(yīng)力,形成一跨的整體結(jié)構(gòu)。體外預(yù)應(yīng)力束在跨內(nèi)的轉(zhuǎn)向塊處偏折,體外束外套采用聚乙烯管或鋼管,管道在轉(zhuǎn)向快處與主粱澆筑成整體,這種體外束只能拆除不能更換。
第二種是采用懸臂施工或頂推施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,通常采用體內(nèi)、體外混合配束。該形式中用體外預(yù)應(yīng)力索替代原本配置在腹板內(nèi)的大量預(yù)應(yīng)力筋,簡化了腹板構(gòu)造,降低了其厚度。采用懸臂施工時.懸臂束為直線的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力,成橋后張拉的連續(xù)束采用大噸位體外預(yù)應(yīng)力,從而免除了大量的穿束和灌漿工藝,易于控制施工質(zhì)量。
第三種是第二種類型的衍生物,特點(diǎn)是將混凝土箱梁腹板改成混凝土桁架或采用鋼結(jié)構(gòu)。該類型往往是集創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)構(gòu)思與美觀的外表與一體.形成體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的代表之作。
第四種稱為坦拉式體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)它把過去那種預(yù)應(yīng)力筋的偏心距被控制在主梁的有效高度之內(nèi)的體外筋,放在了梁的有效高度之上。因此它具有梁橋和斜拉橋的雙重特性,可看作介于預(yù)應(yīng)力混凝土箱形梁橋到預(yù)應(yīng)力混土斜拉橋之間的結(jié)構(gòu)體系。它采用了部分索結(jié)構(gòu)幫助主梁承擔(dān)豎向荷載,從而達(dá)到降低梁高的目的。
三、預(yù)應(yīng)力施工工藝
錨固端部橫梁與跨中轉(zhuǎn)向橫肋、墩頂導(dǎo)向槽的施工
這三部分確定了鋼絞線的空間位置,由該索形及張拉應(yīng)力決定了等效荷載的大小。跨中轉(zhuǎn)向橫肋、墩頂導(dǎo)向槽鋼絞線存在偏折。承受局部擠壓應(yīng)力,這就要求錨固端橫梁處錨墊板預(yù)埋位置及方向要準(zhǔn)確。轉(zhuǎn)向橫肋、墩頂導(dǎo)向槽的制作應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行,既要保證彎折處的曲率半徑,又要打磨端部,使之平滑,防止張拉時端部對鋼絞線的擠壓和卡滑。
1、鋼絞線下料與穿束
在橋梁加固中,由于張拉完畢后,錨墊板與鋼管中要灌漿,形成有粘結(jié)段,所以在下料時就應(yīng)將粘結(jié)段的鋼絞線的PE層及油脂清洗干凈,控制該段的長度和位置是很難的,因?yàn)榧纫A(yù)先考慮到穿束過程中鋼絞線下垂的影響,保證PE保護(hù)層預(yù)先進(jìn)入密封罩,又要考慮張拉伸長的影響,保證兩端伸長部分要一致,以確保兩粘結(jié)段粘結(jié)力大致相等。在穿束過程中,由于鋼絞線的長度在150m以上,中間要通過多個墩頂導(dǎo)向槽及跨中轉(zhuǎn)向裝置,無法在箱梁內(nèi)進(jìn)行l(wèi)2根鋼絞線的整束穿索,因此采用單根穿索的方法。鋼絞線的纏繞將會影響有效預(yù)應(yīng)力的建立,所以必須保證鋼絞線在全橋長范圍內(nèi)不纏繞,在實(shí)際施工中,預(yù)先將鋼絞線、工作錨板孔、密封蓋小孔分別編號,每束l2根鋼絞線采用單根穿索,每隔一段就用與密封罩小孔對應(yīng)的橡膠墊限制鋼絞線的位置,在張拉完畢后發(fā)現(xiàn),采用該方法使得每束鋼絞線順直且無纏繞現(xiàn)象。
橋梁加固采用兩箱對稱單根兩端同時張拉,張拉過程分兩部分:預(yù)緊和高應(yīng)力張拉。
2、預(yù)緊
為了達(dá)到鋼絞線從松散狀態(tài)到張拉完成后順直不纏繞,正式張拉前先要進(jìn)行預(yù)緊張拉,預(yù)緊的質(zhì)量決定了整個加固效果的好壞。首先,鋼絞線在松散狀態(tài)下,即使采用了必要的措施,但是由于鋼絞線很長,下垂量還是較大,所以,為保證兩端粘結(jié)段長度大致相等,預(yù)緊要兩端對稱進(jìn)行;其次,預(yù)緊力的大小既要保證在預(yù)緊過程中,鋼絞線繃緊且不纏繞,又要保證在高應(yīng)力張拉時鋼絞線不錯位,預(yù)緊力過大或過小都達(dá)不到預(yù)緊的目的。在加固施工中,預(yù)緊張拉力采用l5%設(shè)計(jì)張拉力。
3、高應(yīng)力張拉
由于橋梁加固采用通長環(huán)氧涂層鋼絞線,在張拉中需多行程連續(xù)張拉,工作夾片要進(jìn)行多次錨固,在工作夾片進(jìn)行臨時錨固時,環(huán)氧涂層保護(hù)膜形成的碎屑將附著在夾片的齒間。隨著工作夾片的反復(fù)多次夾持鋼絞線,齒間環(huán)氧涂層碎屑增多,將引起滑絲現(xiàn)象,從而影響工作夾片的錨固效果。針對這一情況,研制出一種臨時錨固裝置,在中間行程中,由臨時錨固裝置的工具夾片夾持鋼絞線,避免了工作夾片的中間臨時錨圃,確保錨固效果。
4、壓漿
體外索錨固橫梁采用局部有粘結(jié)形式,為了達(dá)到設(shè)計(jì)者和業(yè)主對于局部有粘結(jié)段鋼絞線粘結(jié)力的要求,張拉完成后局部有粘結(jié)段的壓漿工作是一道很重要的工序:施工前進(jìn)行了1:1的模型試驗(yàn),在保證壓漿密實(shí)飽滿的情況下,局部有粘結(jié)段的粘結(jié)力可達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力的108% ,滿足錨固要求:工程中,壓漿施工在張拉完成后24h內(nèi)進(jìn)行。壓漿采用手動壓漿機(jī),保證壓漿過程的均勻穩(wěn)定和壓漿壓力的要求。
四、施工中的主要技術(shù)要點(diǎn)
原橋施工情況與原橋的設(shè)計(jì)情況有差別,如箱梁翼緣的厚度,墩頂橫隔梁的尺寸,在設(shè)計(jì)中要充分考慮墩頂導(dǎo)向槽的位置與墩頂橫隔梁之間的關(guān)系,在該橋加固中,由于墩頂橫隔梁的寬度大于原設(shè)計(jì)很多,結(jié)果墩頂導(dǎo)向槽無法施工,從而改變加固設(shè)計(jì)。
由于環(huán)氧涂層鋼絞線暴露在箱梁中,鋼絞線的防窩尤為重要,所以在下料及穿束過程中,嚴(yán)禁在混凝土地面上拖拽鋼絞線,穿束用的架立筋要用棉絲包裹,不能破損PE保護(hù)層,如有不慎,個別破損處,采用與PE保護(hù)層同性質(zhì)的膠帶纏繞。
墩頂導(dǎo)向槽與轉(zhuǎn)向裝置的加工應(yīng)在加工廠進(jìn)行,嚴(yán)禁在現(xiàn)場加工,現(xiàn)場安裝中,要嚴(yán)格按圖紙進(jìn)行,在運(yùn)輸及焊接過程中,應(yīng)采取措施防止焊接變形,穿束前應(yīng)拉線確定安裝是否合適。
預(yù)緊過程中,必須在箱梁中安排人員,在鋼絞線繃緊時,進(jìn)行必要的調(diào)整;高應(yīng)力張拉時,觀察在各墩頂導(dǎo)向槽和轉(zhuǎn)向橫肋處鋼絞線是否有擠破的現(xiàn)象,如有該現(xiàn)象,應(yīng)進(jìn)行防護(hù)處理。
壓漿密實(shí)程度將直接影響粘結(jié)效果,所以在壓漿中應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比,并保持壓力均勻。
五、總結(jié)
工程實(shí)踐表明,用體外預(yù)應(yīng)力加固舊橋和建設(shè)新橋是非常有效的措施,具有加固、卸載及減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力的作用,值得更廣泛地推廣應(yīng)用。
為適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，緩解交通問題給人們生產(chǎn)生活帶來的不便，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍將更加廣闊，因此我們應(yīng)加強(qiáng)提高預(yù)應(yīng)力技術(shù)水平的科研工作。和發(fā)達(dá)國家相比，我們預(yù)應(yīng)力混凝土工程的研究相對落后。憑借我們已有的強(qiáng)大隊(duì)伍，和一些單位在預(yù)應(yīng)力技術(shù)推廣應(yīng)用中的創(chuàng)收實(shí)力完全可以承擔(dān)和完成這項(xiàng)重要的科研任務(wù)。同時，設(shè)計(jì)和施工的分離也是影響我國預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展的因素之一。因此有必要成立大型強(qiáng)而有力的預(yù)應(yīng)力混凝土工程公司，承擔(dān)重大預(yù)應(yīng)力混凝土工程，并擔(dān)負(fù)新技術(shù)開發(fā)研究，并做好與設(shè)計(jì)和施工之間的聯(lián)系，以提高我國的預(yù)應(yīng)力技術(shù)水平。
