体外预应力技术在桥梁加固施工中的应用研究

2022-04-18龚云峰

交通世界 2022年7期

龚云峰

（营口市交通运输综合行政执法队，辽宁营口 115000）

0 引言

桥梁是公路工程项目中重要的组成部分，其运营过程中的功能直接关系着整条线路的交通能否顺畅。当前，一些既有桥梁已经无法满足桥梁建筑施工的设计要求和标准，因此对国家公路运输事业造成严重影响[1]。由于当前交通量和车流量不断增加，公路交通负荷呈现出不断增加的趋势，部分早期完成施工的桥梁逐渐出现了较为严重的损伤问题，威胁到桥梁的安全通行。体外预应力技术的体系实质是位于混凝土横截面以外的预应力束对混凝土材料施加的预应力[2]。早期的体外预应力技术在实际工程项目应用时，由于存在耐腐蚀性弱、构造不合理等问题，会产生钢索锈蚀问题，严重影响其正常使用。在相同的施工条件下，体外预应力技术的构造较为复杂，若更换钢束会对本来较为复杂的部位提出更高的要求，进而造成整个工程造价成本增加，无法体现该技术在应用中的优越性，因此，在后期体外预应力技术很少应用于实际的工程项目中。为提高体外预应力技术在实际应用中的性能，本文以桥梁加固施工项目为例，开展体外预应力技术的应用研究。

1 体外预应力技术的应用

1.1 桥梁体外加固体系结构设计

为实现对既有桥梁的加固，采用多个钢绞线组成的预应力索作为体外预应力技术的混凝土核心结构，根据不同位置的不同加固强度需要，选择普通类型钢绞线和镀锌材料类型的钢绞线，考虑桥梁周围环境可能存在腐蚀性物质，为避免钢绞线受到腐蚀，在其结构外层通过涂抹或外包PE的方式防护[3]。针对不同桥梁所处区域环境极为恶劣的问题，可采用单根无黏结钢绞线体外索作为其钢绞线构件。结合桥梁使用情况，将桥梁体外加固体系锚固结构分为可更换类型和不可更换类型。在对钢绞线进行灌浆时，根据不同结构材料选择的灌浆材料有所不同，针对普通类型的钢绞线可以直接采用非刚性的灌浆材料，例如石蜡材料[4]。针对镀锌材料类型的钢绞线，为进一步提高其防护能力，可以选择将水泥作为灌浆材料。

桥梁体外加固体系中的转向装置可选择块状式转向构造和钢鞍座式转向构造两种，如图1所示。

图1 两种转向构造示意图

图1中（a）为块状式转向构造类型；（b）为钢鞍座式转向构造类型。其中（a）构造类型只能承受钢索带来的竖向分力，这一构造类型可以应用在跨径较小的混凝土结构中，用于为体外预应力结构提供转向能力。（b）构造类型转向鞍座的整体结构是由钢构件组成。由图1可知，钢板的作用主要用于传力和定位，合理的倾斜杆结构和水平杆结构可以有效抵御钢索在转向过程中产生的水平分力和竖直分力。

1.2 桥梁梁体预应力索线布置

完成对桥梁体外加固体系结构的设计后，还需要对桥梁梁体预应力索线进行整体布置，根据预应力结构在使用过程中的基本原理，在对预应力筋结构布置时应按照如下规则布置：首先，筋结构构件的外部结构和安装位置应与桥梁设计和建设过程中给出的弯矩图相对应，并且在布置过程中需要保证预应力筋结构的等效荷载和外部荷载相同[5]。其次，为能够在应用体外预应力技术时获取更大的桥梁横截面抵抗弯矩，还应在横截面位置上对预应力筋结构的边缘进行控制，以此进一步提高桥梁的抗裂能力，使其能够承受更大的荷载。最后，为了在施工过程中减少对预应力筋结构的摩擦损伤以及锚固损伤，提高其有效的预应力值，在对桥梁梁体预应力索线布置时应将提升施加预应力作为布置目标。在上述论述基础上，完成对桥梁梁体预应力索线的布置。由于体外预应力索与桥梁中的混凝土材料无黏结，因此索中各个点上的拉力大小都应设置相等，以此确定预应力索最优布置线形。

2 实例分析

在上述基础上，为确保该技术在实际桥梁施工项目中发挥更大作用，以某桥梁加固施工项目为依托，将体外预应力技术应用到该工程项目中。已知该项目桥梁跨度为4 500mm，利用体外预应力技术完成对该桥梁预应力筋结构直线形布置，并标记横截面上各个结构的尺寸，如图2所示。

图2 体外预应力筋结构直线布置及横截面尺寸示意图（单位：mm）

该桥梁项目以C40混凝土材料为主，在引入体外预应力技术后采用2Φ14.8镀锌材料类型的钢绞线，并外包PE。非预应力筋结构采用HRB46-604型号，扣除预应力损失后，得出其有效预应力应为1 023MPa。按照本文上述论述内容，完成对该桥梁建筑的加固施工后，测量加固施工前后桥梁多个测点上极限状态下的弯矩值，选用YW-1249型号弯矩测量仪测量。该型号测量仪的测定范围为0～10N·m，最小刻度为0.1N·m，精度为±0.1%~±0.5%，将测量仪得出的结果记录并绘制成表1。

表1 桥梁加固施工前后极限弯矩值记录表单位：N·m

桥梁极限弯矩表示在桥梁运行过程中达到极限平衡状态时，各个结构构件能够承受的弯矩。极限弯矩越大，说明桥梁能够承受的荷载越大，越不容易受到损伤。从表1中记录的各个测点极限弯矩值可以看出，在应用体外预应力技术施工前，其极限弯矩值均未超过160.00N·m，而应用体外预应力技术施工后，其极限弯矩值均超过了200.00N·m。因此，通过上述实例进一步证明，将体外预应力技术应用到桥梁加固施工项目中可以有效提高桥梁整体的荷载承受能力，提高桥梁整体强度，延长其使用时间。