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预应力混凝土桥梁结构加固与裂缝处理

2014-12-25马琳琳

城市建设理论研究 2014年37期
关键词:加固预应力

马琳琳

摘要:预应力混凝土桥梁结构具有良好的受力和耐久性能,结构的刚度大,工程造价相对较低,现代桥梁建设中,因预应力混凝土梁桥在受力性能方面的优越性而得到广泛应用。本文分析了预应力混凝土在桥梁结构加固中的应用,提出了预应力混凝土裂缝的防治措施。

关键词:混凝土桥梁;预应力;加固;裂缝处理

中图分类号: TV331 文献标识码: A

预应力技术作为一种先进的结构加固技术,在改善桥梁结构的受力性能上非常适用,可以提高桥梁的抗压能力和变形能力,重新实现桥梁结构内力分配的平衡,闭合已经出现的裂缝,增大桥梁的整体刚度,加固效果好。介于预应力混凝土桥梁规模及其重大,桥梁结构加固一般是选择带载加固,加固设计中须考虑分阶段受力。通常桥梁结构构件自重及其他早期

恒载内力考虑原结构承担,加固后增加恒载和使用阶段的活载内力应由加固后组合截面承担。为此,加固设计比新桥设计更复杂。

一、桥梁加固设计原则

加固设计需要依照原桥竣工图、设计图及检测评估报告经现场核对进行;加固设计考虑材料劣化、结构病害、新旧材料差异等。几何、材料等参数应用桥梁现状检查结果;加固设计需验算施工各阶段构件强度、稳定性及结构变形;加固后结构验算需考虑附加荷载;改变结构体系加固时,结构构件任意一截面应力不超过材料强度设计值;加固验算应依照桥梁建设年代设计荷载、材料性能等进行;桥梁加固设计可参考以下顺序进行:加固工程可行性研究→加固方案设计→加固施工图设计。

二、预应力混凝土桥梁结构主要加固方法

1、在改变结构受力状态中的应用

在结构中增加一些杆件,结构的内力将会发生改变,在大跨度的桥梁结构中,增加斜腹杆,受水平荷载作用时,结构的内力与不设斜腹杆相比将完全不同,如通过斜腹杆预先施加预拉力,结构的内力也将改变。将底层两个中柱抽出后框架的内力产生了较大变化,不仅梁柱端部的弯矩在量上增加了很多,而且在某些截面的弯矩方向也发生了变化,因此抽柱后大部分构件都要进行加固处理。设置斜杆并施加预托力后,框架的弯矩图与抽柱前基本相同,所以在框架结构抽柱改造时,我们可以通过增设斜拉杆并施加预应力的方法,调节结构的内力,达到加固的目的。当然斜拉杆预拉力大小。对结构的内力会有较大影响,主要是支应处的弯矩,这就需要选择一个合适的预应力,使得抽柱前后的内力基本相同。

2、加大截面加固法

加大截面加固法是指在现有混凝土构件外部加钢筋混凝土,增大原有混凝土构件截面面

积,以达到提高结构承载力的目的。加大截面法的优点表现在施工工艺简单、适应性强,并

具有较成熟的设计和施工经验,广泛适用于一般梁、板、柱、墙等混凝土结构构件的加固。

缺点是现场湿作业工作量太大,养护周期较长,对生产和生活有一定影响;对结构外观及房

屋净空也有一定影响,且嵌入的钢筋锈蚀和混凝土劣化产生危险性很大。

3、置换混凝土加固法

在梁或偏心受压柱中,用置换混凝土加固法可以达到直接修补局部强度的效果。例如当成批混凝土构件达不到设计强度等级要求时,通过检测,选出强度等级最低的构件,然后按弯矩包络图确定最危险截面,在这些截面的受压区采用高一等级的新混凝土置换老混凝土,在置换加固法中,构件需切割成方口或要将柱切断,切剖面应成直角且平整,然后用喷射混凝土灌满,试验证明,尽管仅在局部置换,仍是十分有效的。

3、在碳纤维片材加固桥梁工程中的应用

由于碳纤维片材本身的强度较大,且抗张力能力较强,施工也较为简便,因此在钢筋混凝土桥梁结构的加固施工中有着广泛应用。尤其是在受弯桥梁中,加固效果更好。这是因为在桥梁结构的施工中,一般会产生一定的内力和应变力。但是当混凝土的压应变超过了混凝土的压应变的极限之后,桥梁就会超过其承载力的极限,此时,对于桥梁进行加固处理就会超过其承载力,所以混凝土的应变力也就决定了粘贴碳纤维片材的应力。也就是说,如果桥梁本身的应变力比较大,而当桥梁遭到了破坏之后碳纤维片材的应变力就会减小,在过程中碳纤维片材的作用既不会得到充分的发挥,此时,就可以在粘贴碳纤维片材时对其增加预应力,这样就有助于医生桥梁被破坏之后碳纤维片材的应变力,使其功能得到充分的发挥。

4、在钢筋混凝土多跨连续桥梁加固中的应用

多跨连续桥梁有正弯矩区和负弯矩区,一般支座处为负弯矩,跨中为正弯矩,当桥梁的抗弯承载力和抗剪承载力不满足要求时,则需要进行加固处理,跨中正弯矩区抗弯承载力不满足时,可用粘贴碳纤维或粘贴钢板的方法进行加固,施工比较容易。如支座负弯矩区抗弯承载力不满足,一般加同都比较困难,主要原因是所加纵筋锚固的问题不宜解决。有时可通过在梁下加大截面提高桥粱的承载力,这不仅增加了结构的自重,而且还会影响桥梁的使用功能,在有些情况下可能不允许。梁的抗剪承载力不满足要求时,也不宜加固处理,特别是在采用T形截面梁时,采用粘贴U型钢板或碳纤维片材进行抗剪加固,其抗剪承载力的提高十分有限。然而,在桥梁工程的实际建设和施工过程中,施工人员多会将桥梁的下部纵向钢筋身伸入到桥梁的支座内部,从而使得支座受到上部受拉,出现向上弯起的弯矩,而这时,桥梁支座上部结构和下部结构所拥有的钢筋比例刚好相差无几,这样的配筋方式有点类似我们常说的对称配筋。而跨中截面下部受拉钢筋比上部要多,所以跨中截面和支座截面南于轴力的作用,不会同时达到抗弯承载力最大值。当轴力过大时,其正截面承载力还将会降低,所以施加的轴向力大小,使得到支座截面和跨中截而都能满足承载力要求为宜,或者通过施加预压力,支座截而满了承载力要求,跨中截面只需进行简单加固处理。

四、裂缝的处理方法

开裂是预应力混凝土桥梁和普通钢筋混凝土桥梁的普遍现象。裂缝产生的原因有多种多样,涉及混凝土原材料特性及配合比、施工工艺、结构设计、气候条件、日常养护等。从裂缝对结构受力和耐久性来看,裂缝分为有害裂缝和无害裂缝两类。对有害裂缝和影响外观的无害裂缝,处理方法主要包括表面封闭法、灌浆法和粘贴加固法等。其中,粘贴加固法的外部粘贴补强材料包括钢板、钢筋、玻璃钢、碳纤维布和芳纶纤维布等。表面封闭法就是对混凝土裂缝表面进行封闭处理的方法,通常用于处理不影响结构承载力安全的裂缝。根据处理手段的不同,表面封闭处理法又可分为表面涂抹、槽口充填和表面喷浆等三种方法。表面涂抹法就是在裂缝部位的混凝土表面涂抹树脂保护膜,达到封闭裂缝目的的裂缝处理方法。槽口充填法就是在混凝土表面沿裂缝方向凿出“V”形或“U”形槽口,然后用树脂砂浆充填修补裂缝的方法。根据所凿槽口的不同,这种方法又可分为“V形槽口充填法”和“U形槽口充填法”。当裂缝深度较大时,开凿槽口的深度和宽度都相应增大,槽内填补的粘结材料可根据裂缝位置和槽口情况来确定,如沥青、树脂砂浆和配有微量膨胀剂的砂浆等。表面喷浆法就是在经凿毛处理的混凝土裂缝表面,喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆来封闭裂缝的一种修补方法。根据混凝土裂缝的部位、性质和修补要求的不同,可采用无筋素喷浆、挂网喷浆和凿槽嵌补与挂网相结合的喷浆等修补方法。另外,选择适当的养护方法也很重要,混凝土的养护,可以使水泥得以充分的水化,加速混凝土硬化,能防止混凝土成型后出现超出正常范围的收缩、裂缝及破坏等现象。一般来说,混凝土的养护包括自然养护与加热养护两类。混凝土的标准养护条件为温度(20±3)℃,相对湿度保持90%以上,时间28d。而在实际工程中很难达到标准养护的条件,所以,在经济实用条件下,应采取措施,使混凝土达到良好的养护效果。

结语

国内对于预应力桥梁施工质量控制还存在诸多不足,影响了桥梁结构在交通运行中的功能发挥,给车辆行驶埋下了诸多隐患。施工单位要根据桥梁工程图纸,对桥梁各个结构点的施工质量加以控制,防止结构病害对桥梁交通造成的不利影响。

参考文献

[1]鲍卫刚.预应力混凝土连续梁桥维修与加固技术[J].公路,2013

[2]王欣.体外预应力混凝土桥梁设计分析[J].交通建设与管理,2013

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