簡(jiǎn)支T梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)應(yīng)用

付忠安+王小平+顧亮

摘 要：文章結(jié)合某橋梁加固工程實(shí)例，對(duì)T梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算分析，介紹了體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在加固簡(jiǎn)支T梁結(jié)構(gòu)中的運(yùn)用。以期為類似加固工程的設(shè)計(jì)和施工積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力；簡(jiǎn)支T梁；舊橋加固

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）23-0174-04

1 概述

預(yù)應(yīng)力加固法有體外預(yù)應(yīng)力加固法和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力加固法，體外預(yù)應(yīng)力是將預(yù)應(yīng)力鋼材布置在原加固構(gòu)件的混凝土體外，或是為了保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼材，張拉后澆筑勘噴射混凝土覆蓋。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是在體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)日趨成熟的基礎(chǔ)上開(kāi)始逐步應(yīng)用于舊橋加固，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的實(shí)質(zhì)是以粗鋼筋、鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲作為施力工具，對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，以預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而改善結(jié)構(gòu)的受力狀況，增大結(jié)構(gòu)的剛度，閉合或減小裂縫，以提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗彎和抗剪能力。

2 外預(yù)應(yīng)力加固原理

體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有共性，由于體外預(yù)應(yīng)力的作用，使其又具特殊性。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力特性與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)之間的本質(zhì)差別在于預(yù)應(yīng)力筋和混凝土構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)工作程度不同。

3 舊橋概況

舊橋始建于1982年5月，于1984年9月建成通車，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20級(jí)、掛車-100，人群荷載為3.5kN/m2，兩端橋頭現(xiàn)設(shè)20t限載標(biāo)志牌。每跨上部結(jié)構(gòu)均由8榀預(yù)應(yīng)力混凝土T梁組成，梁高均為2.4m，梁間中心距為2.4m，相鄰T梁間采用0.6m寬的現(xiàn)澆濕接帶，每跨主梁間均設(shè)7道橫隔梁，相鄰兩橫隔梁間中心距為6.48m。全橋橋面總寬為20.8m，改建后舊橋橋面寬度為20m。

在橋梁拓寬后，舊橋的受力狀態(tài)發(fā)生變化，無(wú)法滿足原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)要求。經(jīng)檢測(cè)，大橋技術(shù)狀況總體評(píng)定為B級(jí)（良好狀態(tài)），能滿足現(xiàn)有交通功能要求，因此經(jīng)過(guò)專家評(píng)審會(huì)討論，建議改造加固后的橋梁維持原有荷載設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不宜提高設(shè)計(jì)荷載等級(jí)。

4 計(jì)算分析

4.1 主體結(jié)構(gòu)

整體計(jì)算采用midas/civil2011 V7.9.0版進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際建模中，對(duì)主梁和橫梁離散成梁?jiǎn)卧M(jìn)行計(jì)算，整個(gè)計(jì)算模型共393節(jié)點(diǎn)，444個(gè)單元，如圖2所示。計(jì)算采用KN、m制，應(yīng)力單位為MPa，截面有效寬度參照J(rèn)TG D62-2004的第4.2.3條規(guī)定計(jì)算。

計(jì)算模型共分5個(gè)施工階段及1個(gè)運(yùn)營(yíng)階段（詳見(jiàn)下表1）。

T梁體外束加固規(guī)格及張拉應(yīng)力見(jiàn)表2所示。

經(jīng)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

4.2 體外束轉(zhuǎn)向塊細(xì)部構(gòu)造承載能力計(jì)算

4.2.1 轉(zhuǎn)向裝置作用效用取值計(jì)算

根據(jù)《加固設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算轉(zhuǎn)向裝置的作用效應(yīng)設(shè)計(jì)值時(shí)，不考慮可變荷載應(yīng)力增量的影響，取永存預(yù)加力Npe，e，荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.3。承受空間體外預(yù)應(yīng)力作用的轉(zhuǎn)向裝置，在極限狀態(tài)下其作用的水平和豎向力設(shè)計(jì)值Nhd和Nvd由下式確定。

式中：Nhd為轉(zhuǎn)向裝置的水平作用設(shè)計(jì)值，即體外預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向裝置的合力在水平面的分力設(shè)計(jì)值；

Nvd為轉(zhuǎn)向裝置的豎向作用設(shè)計(jì)值，即體外預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)向裝置的合力在豎直方向的分力設(shè)計(jì)值；

Np，e為體外預(yù)應(yīng)力束的永存預(yù)加力，其值為Np，e=σpe，eAp，e；計(jì)算時(shí)偏安全考慮取張拉設(shè)計(jì)值Npe=1209*140*3=508kN；

θe為體外預(yù)應(yīng)力束在豎直平面內(nèi)的彎起角度；計(jì)算時(shí)θe=4°；

βe為體外預(yù)應(yīng)力束在水平面內(nèi)的彎轉(zhuǎn)角度；計(jì)算時(shí)βe=0；

σpe，e為體外預(yù)應(yīng)力束的永存預(yù)應(yīng)力；

Ap，e為體外束的截面面積。

由上式可得Nhd=1.3*508*（1-0.997564）=1.6kN；Nvd=1.3*50

8*0.069756=46.1kN。

4.2.2 固定鋼板焊縫計(jì)算

作用于焊縫上的作用力為N=Nvd=46.1kN，彎矩M=46.1*0.09=4.2kN·m

焊縫強(qiáng)度滿足結(jié)構(gòu)安全承載要求。

4.2.3 螺栓抗剪計(jì)算

螺栓直徑16mm，單個(gè)螺栓的受剪承載能力：

螺栓抗剪承載能力滿足結(jié)構(gòu)安全要求。

5 其余加固及耐久性修復(fù)措施

5.1 橋面系

鑿除全橋橋面鋪裝、兩側(cè)欄桿和人行道，重新鋪筑橋面鋪裝，橫坡設(shè)為單向坡，坡度為0.65%，改造后舊橋橋面采用厚0.08-0.191m鋼筋混凝土層+0.1m瀝青混凝土。為保證橋面鋪裝與T梁工作的整體性，在T梁腹板和橫隔梁上種植結(jié)合面鋼筋，縱橫交錯(cuò)布置。新舊橋在縱向接縫處設(shè)置縱向伸縮縫，且在相接的舊橋翼板底面增設(shè)不銹鋼板滴水槽。

5.2 耐久性修補(bǔ)

對(duì)全橋兩側(cè)邊梁與中梁間翼緣、T梁腹板和濕接帶、人行道下方懸臂板底面泛白、泛堿處，刷洗干凈后，涂刷兩遍水泥基滲透結(jié)晶型漿料進(jìn)行耐久性防護(hù)。

對(duì)全橋局部鋼筋銹脹、混凝土破損處，先鑿除銹脹和破損處疏松的混凝土，對(duì)鋼筋徹底除銹并清理干凈后，采用聚合物修補(bǔ)砂漿予以修復(fù)。

6 施工要點(diǎn)

為保證體外預(yù)應(yīng)力加固時(shí)預(yù)應(yīng)力的施工質(zhì)量，對(duì)整個(gè)施工工藝及要點(diǎn)提出了具體要求。

6.1 預(yù)應(yīng)力施工流程（如圖4）

6.2 關(guān)鍵施工要點(diǎn)

6.2.1 基礎(chǔ)要點(diǎn)

首先舊橋采用高寒地區(qū)相對(duì)比較適用的Q345D鋼材，螺栓采用采用8.8級(jí)高強(qiáng)螺栓。錨固齒板、轉(zhuǎn)向裝置、定位裝置加工應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，尤其是焊接質(zhì)量均要求I級(jí)焊縫。張拉千斤頂在使用前送國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量部門進(jìn)行校驗(yàn)，在施工過(guò)程中，根據(jù)工程師的指示，頂起送去校驗(yàn)，以保證張拉噸位的正確性，同時(shí)進(jìn)行標(biāo)定，確定張拉力和壓力表讀數(shù)的關(guān)系曲率。endprint

6.2.2 線性控制

鋼束定位嚴(yán)格按照?qǐng)D紙數(shù)據(jù)定位。采用鋼筋探測(cè)儀或鋼筋位置探測(cè)主梁鋼筋及鋼絞線布置位置，避開(kāi)主筋及鋼絞線選擇合理的位置。采用預(yù)穿PE管鑒證線性質(zhì)量。

6.2.3 鋼板及植筋連接部分質(zhì)量控制

（1）嚴(yán)格按照放樣位置打孔。

（2）梁體表面打磨并清理干凈，尤其要保證表面平順，方便粘貼與螺栓加固。

（3）鋼板之間的連接均采用焊接連接，焊縫均屬于Ⅰ類焊縫，焊縫厚度應(yīng)保證10cm。

（4）轉(zhuǎn)向鋼管、轉(zhuǎn)向鋼管與固定鋼板之間均采用焊接連接，為防止鋼管變形，螺栓位置處主梁與鋼板密實(shí)。

（5）錨固齒板粘貼處要鑿出1cm保護(hù)層，然后將錨固塊嵌入，并且要求表面清理干凈。

（6）錨固齒板、定位裝置、轉(zhuǎn)向裝置鋼板與梁體采用對(duì)拉高強(qiáng)螺栓進(jìn)行緊固連接。

（7）M16化學(xué)螺栓種植深度不小于16cm。

6.2.4 體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）無(wú)粘結(jié)環(huán)氧噴涂帶PE的預(yù)應(yīng)力鋼絞線由環(huán)氧噴涂鋼絞線、防腐油脂層、單根小PE管、大PE保護(hù)管等組成，鋼絞線下料長(zhǎng)度已計(jì)入張拉工作長(zhǎng)度。

（2）在體外預(yù)應(yīng)力鋼束安裝過(guò)程中注意對(duì)外包PE塑料管的保護(hù)，不允許直接在地上拖動(dòng)，下面最好有拖輪支撐，以免塑料管損傷。將錨固處的每股鋼絞線打散，進(jìn)行剝皮、去油清洗處理。

（3）鋼絞線下料長(zhǎng)度包括張拉時(shí)的工作長(zhǎng)度，下料用砂輪切割機(jī)切割。將下料的鋼絞線按設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的股數(shù)理直、編束、編號(hào)并綁扎牢固，防止互相絞纏。體外預(yù)應(yīng)力鋼絞線穿束時(shí)應(yīng)外包白色PE管。定位鋼管于PE套之間需密封膠圈，必要時(shí)采取專業(yè)接口。

（4）工作錨的夾片必須保持清潔和良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。安裝錨具前，應(yīng)將鋼絞線表面粘著的異物用鋼絲刷前清除，安裝錨具時(shí)，應(yīng)注意工作錨板與工具錨板對(duì)中，夾片均勻打緊并外漏一致。

（5）張拉順序橋中間一跨向橋兩邊對(duì)稱張拉。預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉采用張拉力與伸長(zhǎng)值雙控方法：在確定張拉力的同時(shí)，校驗(yàn)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的伸長(zhǎng)值，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的實(shí)際伸長(zhǎng)值宜在初應(yīng)力為10%時(shí)開(kāi)始量測(cè)，但必須加上初應(yīng)力以下的推算伸長(zhǎng)值，并扣除混凝土構(gòu)件在張拉過(guò)程中的彈性壓縮量。

（6）張拉時(shí)左右對(duì)稱張拉鋼束，兩端同時(shí)張拉。張拉質(zhì)量要求：每束鋼絞線斷、滑絲不超過(guò)1跟，且每個(gè)截面斷絲之和不超過(guò)該截面鋼絲總數(shù)的1%；實(shí)際張拉伸長(zhǎng)量和理論伸長(zhǎng)量之間的誤差不大于±6%。

（7）張拉程序，預(yù)應(yīng)力張拉前應(yīng)用0.10σK張拉一次，在開(kāi)始測(cè)伸長(zhǎng)量。張拉順序：0→初應(yīng)力→σK（錨下張拉控制應(yīng)力）→持荷5分鐘→錨固。施工單位根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在張拉時(shí)計(jì)入錨口損失的影響，但施工中任何情況下，最大張拉控制應(yīng)力不得大于0.8fpk。

（8）張拉完畢確認(rèn)合格后，鋼齒板中鋼絞線落露部分加罩齒板外罩，并向齒板注油孔注入黃油防止鋼絞線銹蝕。按照設(shè)計(jì)圖紙要求，沿橋縱向每隔1.5m將鋼束與梁體進(jìn)行穩(wěn)固連接。

7 體外預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中相關(guān)的保護(hù)措施

（1）進(jìn)行齒板、轉(zhuǎn)向防護(hù)鋼板和鋼板的試安裝，并確定對(duì)拉螺栓和膨脹螺栓的位置，然后進(jìn)行鉆孔和清孔工作。鉆孔完畢要盡快進(jìn)行下一道工序，防止鉆孔后梁體在長(zhǎng)汽車荷載作用下產(chǎn)生破壞。

（2）安裝齒板，轉(zhuǎn)向防護(hù)鋼板和定位裝置鋼板.進(jìn)行精確定位，不得損傷原橋的鋼筋及鋼絞線。

（3）在對(duì)鋼板進(jìn)行高強(qiáng)螺栓對(duì)托時(shí)，對(duì)托螺栓要加結(jié)構(gòu)膠井穿過(guò)梁體。

（4）對(duì)鋼板進(jìn)行緊同時(shí)，螺母后加墊方形斜墊，要證緊周螺母完全貼實(shí)鋼板，并沿橋縱向每隔1.5m將PE管與梁體進(jìn)行牢固連接。待粘貼齒板和轉(zhuǎn)向防護(hù)鋼板的粘鋼膠完全凝固后，張拉鋼絞線。

（5）張拉完畢，切除多余鋼絞線，加蓋錨具防護(hù)罩，并通過(guò)注油槽注入黃油，防止錨具及鋼筋銹蝕。

（6）齒板和轉(zhuǎn)向裝置的外露鋼板在安裝前應(yīng)打磨并涂刷防銹漆，在預(yù)應(yīng)力鋼束張托完成后，安裝防護(hù)外罩并注入黃油，并對(duì)所有外露鋼板在涂刷兩遍防銹漆。

8 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和交通基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，將有越來(lái)越多尚有使用價(jià)值的橋梁面臨拓寬、加固等改造工程。采用體外預(yù)應(yīng)力體系加固簡(jiǎn)支體系橋梁是一種比較合理和經(jīng)濟(jì)的加固方法。上述橋梁的加固工程已經(jīng)施工完畢，且取得了良好的加固效果。該加固工程的完成為今后此類工程的加固設(shè)計(jì)和施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱典文，唐小兵，張萬(wàn)平.橋梁結(jié)構(gòu)的體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)[J].交通科技，2002（6）.endprint