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谈谈公路桥梁常用的预应力加固技术


一、混凝土桥梁加固所面临的问题及对策耐
1、混凝土桥梁加固所面临的主要问题
混凝土桥梁加固主要面临着耐久性缺乏的问题,主要表现在以下几个方面:一是混凝土桥梁的耐久性一般在20年以上的,极其容易出现大面积的破裂、脱落、老化,钢筋受到的锈蚀程度严重,使桥梁受到严重的损坏;二是受到严重损坏的桥梁,其本身具有的稳定性、牢固性、安全性大大降低,严重威胁到公路桥梁交通的安全;三是维护混凝土桥梁的耐久性,进行加固施工,需要花费大量的资金。
2、提高混凝土桥梁耐久性的对策
提高混凝土桥梁的耐久性,是公路桥梁加固的重要技术之一,其主要方式有两个,一是选用高性能、高品质的混凝土,相方设法提高混凝土的匀质性、密实性、抗渗性和耐冻性,从而达到提高混凝土抵抗冷冻侵蚀和碳化的能力;二是对既有桥梁所存在的缺陷进行加固改造施工,提高桥梁的耐久性,达到延长混凝土桥梁使用寿命的目的。

二、桥梁加固原理
桥梁加固改造是指运用一定的技术手段,恢复和提升桥梁的承载性能和耐久性能的方法。目前,常用的桥梁加固方法很多,从大的方面可分为上部结构补强加固和下部结构补强加固。从后加补强材料是否具备预应力及基本受力原理来看,桥梁上部加固又可划分为:主动加固和被动加固两大类。
1、桥梁被动加固原理
桥梁在抗剪薄弱区或受拉区直接进行补强材料加固处理,例如:补焊钢筋、粘贴高强复合材料、粘贴钢板等。从作用原理上讲,这种加固方法属于被动加固的范畴。在实际设计时,必须考虑分阶段受力及带载加固的特点,构件自重和恒载是由原梁承担的;加固后的组合截面则承担活载,原梁变形制约着后加补强材料强度的发挥程度。
2、桥梁主动加固原理
要想方设法提高后加补强材料的利用率,就必须解决后加补强材料的“应变滞后”问题,使“应变滞后”变成“应变同步”,应施加预应力给后加补强材料,采用预加力原理实施加固补强处理。从作用原理上讲,预应力加固是属于主动加固的一种。让后加补强材料主动受到预加力的作用,改善桥梁原来的应力状态,可以以提高原梁承载力,增强其抗裂性。

三、公路桥梁中常见的应预力加固技术及其特点分析
目前,公路桥梁结构中常用的预应力是三种加固体系主:即有粘结预应力加固体系、体外预应力加固体系、高强复合纤维预应力加固体系。
1、有粘结预应力加固体系
(1)作用原理
利用锚固于被加固梁体上的小直径预应力筋,对梁体施加预应力,然后喷注具有较高抗拉强度的复合砂浆,将预应力筋与被加固梁体粘结为一体,构成有粘结预应力加固体系。有粘结预应力加固体系以其预应力筋锚固简单、张拉施工方便、结构耐久性好,材料利用效率高的技术优势受到国内外土木工程界的重视。
(2)技术特点
与体外预应力加固体系相比有粘结预应力加固体系的突出优点是:一是能最大限度的发挥后加补强材料的作用,提高材料的利用效率;二是喷注的高性能抗拉复合砂浆保护层。抗碳化和抗氯离子侵蚀能力强,保护钢筋免于锈蚀,提高结构耐久性,延长结构使用寿命;三是靠小型锚具和高性能抗拉复合砂浆粘结的双重作用锚固预应力钢筋,锚固工作更为安全可靠。


2、体外预应力加固体系
(1)作用原理
一是体外预应力加固是指在梁体的外部(或箱内)安装上具有防腐保护作用的预应力筋,梁体受到施加的预应力,部分外荷产生的力会被预加力产生的反弯矩所抵消从而达到改善桥梁使用性能和提高桥梁承载性能的目的;二是作为目前常用的加固方法之一,体外预应力的适用对象为:大跨径预应力混凝土连续T构箱梁桥和连续箱梁的加固;三是体外预应力筋锚固定在梁中间或中间的横隔梁上,跨间调整预应力筋角度的是转向块,非常适宜梁的受力要求;三是严格来讲,体内无粘结预应力、体外预应力,均是无粘结预应力结构。无粘结预应力结构理论分析的核心问题是预应力钢柬在各受力阶段的应力增量计算问题。
(2)技术特点
与一般预应力混凝土的结构特点相比较而言,体外预应力混凝土结构主要具有以下优点:一是体外预应力的钢筋既可以设计成不需要更换的,也可以设计成能够更换、补拉的;二是可以更换的体外应力钢筋,具有便于维修、养护和加固的特点;三是用体外预应力技术实施旧桥加固,其桥梁构造简单,使施工方便易行。四是大大减小了钢筋柬的摩阻损失,提高了预应力筋的利用效率,力筋应力的变化幅值较小,有利于桥体抗击疲劳;五是体外预应力加固技术在我国混凝土桥梁加固改造中的推广应用,为混凝土耐久性问题的解决提供了可能技术支撑,大大提高了桥梁的耐久性,使桥梁的使用寿命也得到了很好的延长。例补拉一次或换一次索,可延长其的使用寿命20 年,大大降低了桥梁加固及养护的管理成本,亦有利于桥梁加固管理工作的长期发展。
3、高强复合纤维预应力加固体系
目前,碳纤维和芳伦纤维是工程上应用得最为广泛的高强复合纤维。在桥梁预应力加固技术中,与芳伦纤维比较而言,碳纤维材料应用得更为广泛,技术更加成熟,故本文主要介绍碳纤维预应力加固技术。
(1)作用原理
为了达到增强公路桥梁加固的效果,提高碳纤维材料的有效使用率,施加预应力给碳纤维材料是一种有效的办法。碳纤维预应力加固的作用原理为,利用锚固粘贴于被加固梁体上的碳纤维布条(板或布)对梁体施加预应力,使加固梁的受力状态得到相应的改善。这种技术的关键是解决预应力纤维布(板或布)的张拉、锚固的问题,使其适应于桥梁现场施工的要求。
(2)技术特点
1)高强高效。由于FRP 优异的物理力学性能,在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构构件的承载力和延性,改善其受力性能,达到高效加固修补的目的;2)线膨胀系数与混凝土接近,保证了温度变化时,FR 与混凝土可以协同工作;三是施工便捷、工效高、没有湿作业,不需大型施工机具,施工占地少,施工效率高。据有关资料统计,粘贴FRP 是粘贴钢板施工工效的4~8倍。FRP 轻质柔软,易贴附,与粘贴钢板相比其施工质量更易保证;3)不增加构件的自重和体积。FRP 质量轻且厚度很薄,经加固修补后的构件,基本上不增加原结构的自重和尺寸,也就不会减少建筑物的使用空间;4)具有很好的耐腐蚀性和耐久性能。5)适用面广。可广泛用于各种结构类型、各种结构形状、各种结构部位的加固修补,且不改变结构形状及不影响结构外观,这是目前任何一种结构加固方法都不可比拟的。
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