體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁工程中的應(yīng)用簡(jiǎn)析

馬忠寶

（青海正和公路橋梁工程有限責(zé)任公司，青海 西寧 810000）

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁工程中的應(yīng)用簡(jiǎn)析

馬忠寶

（青海正和公路橋梁工程有限責(zé)任公司，青海 西寧 810000）

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有能提高結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性、預(yù)應(yīng)力筋能更換、維護(hù)管理方便、能降低鋼疲勞應(yīng)力幅度等優(yōu)點(diǎn),是加固現(xiàn)役鋼筋混凝土橋梁最有效的方法之一,同時(shí)也為建設(shè)橋梁提供了新的設(shè)計(jì)思路。文章針對(duì)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁工程中的具體應(yīng)用展開(kāi)分析。

道路橋梁; 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù);應(yīng)用

體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)作為后張預(yù)應(yīng)力體系的分支之一，具有許多體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)所不具有的優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)外，近年來(lái)已成為預(yù)應(yīng)力技術(shù)的熱點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的研究和運(yùn)用均相對(duì)滯后，對(duì)這一新技術(shù)的研究和運(yùn)用多限于既有橋梁的加固。截面尺寸小，自重輕，預(yù)應(yīng)力筋替換、維護(hù)管理方便，預(yù)應(yīng)力損失小，縮短施工工期以及耐久性高等是體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)的體內(nèi)布筋預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點(diǎn)，因此，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，既可用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、特種結(jié)構(gòu)和建筑工程結(jié)構(gòu)等新建結(jié)構(gòu)，也可用于舊有的混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固及維修，同時(shí)還可用于臨時(shí)性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或施工臨時(shí)性鋼索。隨著斜拉橋和高強(qiáng)混凝土技術(shù)的發(fā)展，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用將是現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力施工中的主要趨勢(shì)之一。

1. 體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用范圍及其特點(diǎn)

由于施工技術(shù)的不斷進(jìn)步,國(guó)外體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)已發(fā)展得相當(dāng)成熟,應(yīng)用得越來(lái)越廣泛,尤以法國(guó)、美國(guó)居多。它的主要應(yīng)用范圍包括:l)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、特種結(jié)構(gòu)和建筑工程;2)已有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固及維修;3)用于臨時(shí)性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)國(guó)際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)定義,體外預(yù)應(yīng)力是指預(yù)應(yīng)力筋位于混凝土截面之外,而普通無(wú)粘結(jié)和有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力筋都是位于混凝土截面內(nèi)的。

由于其固有的形式,體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)較之體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn):l)施工方便。由于預(yù)應(yīng)力筋放在梁截面以外,結(jié)構(gòu)可以和正常的混凝土梁一樣來(lái)澆筑,而采用后張法將預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉,可以有效地縮短工期,減少施工時(shí)的荷載。2)維護(hù)修補(bǔ)方便?？呻S時(shí)更換預(yù)應(yīng)力筋,并很方便地測(cè)試預(yù)應(yīng)力筋的性能及變形程度,根據(jù)其狀態(tài)決定是否需要張拉或更換預(yù)應(yīng)力筋。3)可作為對(duì)現(xiàn)存混凝土梁的修補(bǔ)手段,只需在梁外加上預(yù)應(yīng)力筋即可。4)由于不需在梁截面中預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋管道,可以減小混凝土梁截面尺寸,節(jié)約原材料,減輕自重。同時(shí),由于預(yù)應(yīng)力筋與混凝土截面分離,提高了混凝土的耐久性。5)簡(jiǎn)化了預(yù)應(yīng)力筋曲線,使預(yù)應(yīng)力筋束布置大大簡(jiǎn)化,操作與追加新束方便,并大大減少了由于管道摩擦造成的預(yù)應(yīng)力損失。同時(shí),高性能鋼束的發(fā)展與應(yīng)用可使體外預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量減少,使體外預(yù)應(yīng)力橋梁的設(shè)計(jì)、施工更為簡(jiǎn)易。同時(shí),體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)也具有以下不可避免的缺點(diǎn): l)防腐蝕,防水性能差。這也是體外預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有得到充分發(fā)展的原因。直到近時(shí)期高強(qiáng)度聚乙烯的運(yùn)用,使得預(yù)應(yīng)力筋防腐蝕性能極大提高,遂使這一問(wèn)題得到解決,但由于防腐蝕劑的使用,提高了預(yù)應(yīng)力筋的成本。2)由于預(yù)應(yīng)力筋只通過(guò)兩端的錨固及中間的鞍與梁相連,這就對(duì)錨固端及鞍座的要求相當(dāng)高,它必須具有一定的強(qiáng)度,具有較高的抵抗梁中荷載的能力。3)相對(duì)于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力而言,體外預(yù)應(yīng)力混凝土在同樣條件下,需要較大的張拉力才能產(chǎn)生同樣的預(yù)應(yīng)力。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系在具有眾多的優(yōu)越性的同時(shí),其設(shè)計(jì)方法和施工工藝也與傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力體系有了明顯的不同。如體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力分析,體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)由于預(yù)應(yīng)力筋位于混凝土截面之外,其受力性能顯然不同于傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。再如預(yù)應(yīng)力筋的防腐和防火問(wèn)題,體外預(yù)應(yīng)力筋勢(shì)必比體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋有著更高的要求。

2 體外預(yù)應(yīng)力的分類

1)全體外預(yù)應(yīng)力索集中錨固方式。所有的預(yù)應(yīng)力索采用體外布置,并且集中地錨固于主梁的支點(diǎn)斷面附近。

2)全體外預(yù)應(yīng)力索分散錨固方式。所有的預(yù)應(yīng)力索采用體外布置,并且分散地錨固于主梁的跨間各斷面處。

3)混合預(yù)應(yīng)力索分散錨固方式。預(yù)應(yīng)力索中,一部分采用體外索;另一部分采用內(nèi)部索;以分散形式錨固于主梁跨間的各斷面處。

3 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展

1)鋼索的防銹蝕處理取得成效。近年,隨著斜拉橋的發(fā)展,利用在鋼索套管里灌漿,注入石臘或潤(rùn)滑油的處理,以及瀝青涂刷包裹、鍍鋅,聚乙烯涂刷,聚乙烯擠壓管等方法制作的鋼索,防銹蝕處理上,取得了成效。另外還可以用非金屬材料作預(yù)應(yīng)力索。

2)錨固處,變向變距處的簡(jiǎn)單化。大直徑鋼索及相應(yīng)的大噸位錨固系統(tǒng)和張拉設(shè)備的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用,使鋼索的束數(shù)減少。因此,錨固處,變向變距處的簡(jiǎn)單化,帶來(lái)了設(shè)計(jì)與施工的簡(jiǎn)單化,使整個(gè)工程造價(jià)降低。

為使體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)向前發(fā)展,除基本解決了上述兩個(gè)問(wèn)題外,對(duì)其它問(wèn)題同樣進(jìn)行了試驗(yàn)研究,探討了處理方法。

3)結(jié)構(gòu)的極限承載能力。一般認(rèn)為體外預(yù)應(yīng)力硅梁的極限承載能力低于內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鹼梁。然而,試驗(yàn)結(jié)果表明:極限狀態(tài)下,的確體外預(yù)應(yīng)力鹼梁比內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鹼梁的變形大,而極限承載能力并不低。

4)鋼索的應(yīng)力變化。在荷載作用下,體外預(yù)應(yīng)力索產(chǎn)生滑移,其應(yīng)力變化分布在全長(zhǎng)上。因而,體外預(yù)應(yīng)力索的應(yīng)力變化比內(nèi)部預(yù)應(yīng)力索小得多,錨固處一般不會(huì)出現(xiàn)疲勞問(wèn)題。

5)體外預(yù)應(yīng)力索的振動(dòng)。為防止在活荷載作用下,體外預(yù)應(yīng)力索和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振現(xiàn)象,索的固定點(diǎn)間隔應(yīng)在7—8m以上為宜。

6)摩擦損失。體外預(yù)應(yīng)力索只在變向變距處,錨固處附近和鹼產(chǎn)生接觸,其摩擦損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)部預(yù)應(yīng)力索。體外頂應(yīng)力索的應(yīng)力摩擦損失計(jì)算和內(nèi)部預(yù)應(yīng)力索的倩況一樣考慮。

7)應(yīng)力集中。在錨固處、變向變距處等部位應(yīng)力相對(duì)集中,注意采取應(yīng)力分散和結(jié)構(gòu)局部加強(qiáng)等措施。

8)索的意外損壞。因?yàn)轶w外預(yù)應(yīng)力索裸露在外,應(yīng)注意人或動(dòng)物可能對(duì)其造成的損壞。

4 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

我國(guó)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁工程中應(yīng)用主要是橋梁加固、橋梁施工方面,近年已有采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)設(shè)計(jì)建造的新橋梁,這與我國(guó)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的研究起步較晚有關(guān)。目前國(guó)內(nèi)體外預(yù)應(yīng)力理論還處在發(fā)展階段,與國(guó)外水平相比有較大差距。國(guó)內(nèi)外體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)用于橋梁加固方面的實(shí)踐證明,該技術(shù)可以保證結(jié)構(gòu)的整體性,新舊體系協(xié)同工作良好。克服了其他方法加固時(shí)加固材料存在的應(yīng)力滯后問(wèn)題,而且采用體外索加固橋梁可以不影響通車,還可以減小撓度和裂縫寬度,提高橋梁承載能力。由于體外預(yù)應(yīng)力體系布置靈活,不僅可以用來(lái)加固簡(jiǎn)支梁橋、連續(xù)梁橋,還可用來(lái)加固拱橋、剛構(gòu)橋等;不僅可以用來(lái)改善梁的受彎性能,還可以用來(lái)改善構(gòu)件抗剪的性能;不僅可以用來(lái)進(jìn)行整體橋梁加固,而且橋梁局部加固也可以采用;不僅可以用來(lái)加固橋梁的梁部結(jié)構(gòu),也能用于加固橋墩及索塔等部位。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)用在橋梁施工方面實(shí)例很多,如橋梁預(yù)制節(jié)塊組拼頂推施工技術(shù),采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅施工方便快捷,而且可以提高頂推的長(zhǎng)度,減少臨時(shí)支墩,提高經(jīng)濟(jì)效益;另外斜拉橋通過(guò)調(diào)整各施工狀態(tài)斜拉索索力,確保施工安全,也是體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在斜拉橋施工中的推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)正處于道路與城市建設(shè)的高峰期，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有極大的針對(duì)性，尤其在我國(guó)橋梁建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。但目前體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的運(yùn)用相對(duì)滯后，所以，研究體外配束橋梁與房屋橋梁結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)務(wù)之急。同時(shí)還應(yīng)對(duì)所涉及的設(shè)計(jì)和施工上的問(wèn)題進(jìn)行深入地研究。

[1]黃僑,張樹(shù)仁.公路鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋的體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,1998.

[2]林冰花,譚德盼.體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展[J].山西建筑,2007,33(8):149-150.

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1007-6344（2015）10-0293-01