论文部分内容阅读
摘 要：目前体外预应力技术在已有混凝土结构的加固改造中应用广泛，基于已有的体外预应力加固方法，提出折线式体外预应力钢绞线加固方法，并采用室内试验模拟了实际工程中混凝土受弯构件的工作状况，为体外预应力加固混凝土简支梁提供依据。通过试验研究证明，利用此加固方法加固混凝土简支梁，方便实用，可以明显提高构件承载力和延性，是一种加固钢筋混凝土简支梁较好的方法。
关键词：桥梁工程；混凝土结构；体外预应力；加固
中图分类号：U445.7+2 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）10-0072-02
前言
在公路建设中，需要建造大量中小跨径的梁桥，用以跨越中小河流等障碍。在中小跨径的梁式桥中，钢筋混凝土或预应力混凝土T形简支梁桥常常是首选的桥型，不管是公路桥还是城市道路桥、铁路桥，这种桥型的比例很大，因而在我国的公路桥梁建设中占有重要的地位。从20世纪50年代至今，T形简支梁桥的应用在国内数量最多，分布最广，其原因有T形简支梁制造简单，肋内配筋可做成刚劲钢筋骨架，主梁之间借助横隔梁来连接，整体性好，施工方便，其跨径多在7.5～50m之间，根据跨径的大小确定是否施加预应力。在20世纪60年代中后期，为了简化T形简支梁的预制施工，在不少的地区修建了许多无横隔梁的T形梁桥，但是实践证明无横隔梁的T形简支梁一般会出现纵向和梁肋裂缝，目前这样的T形简支梁存在不少。70年代对于钢筋混凝土梁，我国拟定了标准跨径为10m、13m、16m、20m的标准设计图。对于预应力混凝土T形简支梁，我国拟定了标准跨径为20m、30m、40m的标准设计图。80年代后期为适应我国高速公路建设，各地针对T形简支梁的跨径、斜交角度等编制了20m、30m、35m、40m跨径的通用设计图。此外结合钢绞线在高速公路上的普及应用也制定了20m、30m、40m跨径的通用图。
1 桥梁结构简支梁的加固设计技术措施
1.1 上部结构存在的几种主要病害
因桥面铺装损坏严重，相邻T形梁横向连接较差，使连接处裂缝渗水。两边孔每片T形梁均与台背顶死，有8片T形梁端部破损非常严重、底部混凝土保护层脱落，主筋外露、生锈，每片T形梁翼板及其根部出现宽度为0.5～0. 8mm裂缝，渗水现象严重，其余9跨中孔，T形梁翼板及其根部均存在不同程度裂缝和支座处破损。
1.2 加固前静载试验
在全面调查分析的基础上，对大桥承载能力进行鉴定，以便于进行加固设计，为此，决定在加固前对大桥进行一次静载试验，主要测定桥梁墩台在荷载作用下的应力及变形情况和测定桥梁荷载横向分布规律以及T形梁控制截面的内力影响线。经实测跨中挠度校验系数小于0.5，说明该试验孔T形梁刚度较大；T形梁底钢筋应力校验系数在容许范围内，说明桥梁最大承载力在其承受范围之内。
1.3 加固设计要点分析
由于该桥加固时不允许中断交通十分繁忙若另搭施工便桥，必然增加工程造价，致使经费发生困难，经多方案比较后，决定采用基本上不中断交通的体外预应力钢筋加固提载法。体外预应力筋的布置和张拉有3种方式：梁底水平设置的预应力筋；斜撑式预应力钢筋布置；组合式预应力钢筋布置方式。根据结构分析计算和加固前的静载试验，可知该桥基本状况良好，承载能力为汽车-15级左右，决定采用斜撑式体外预应力筋加固方式，既能明显提高跨中断面的抗弯能力，又能改善斜撑内断面的抗剪能力，预应力施工又很方便，体外预应力筋布置方式如图1所示。
1.4 体外预应力筋计算
体外预应力筋的加固计算，即是在分析加固前后T形梁不同的结构受力状况下，计算出加固前T形梁所能承受的荷载，再按提载后荷载等级计算出弯矩和剪力。在体外预应力的计算中，必须考虑到体外预应力束的预应力损失。
1.5 加固设计计算
由于本桥的设计资料缺失，在计算过程中，混凝土的强度、截面几何尺寸以及配筋情况应以现场检测的实测数据为准。根据现场检测的结果可知，混凝土强度为C25。从计算结果可以看出，T形梁各截面在持久状况极限状体组合下承载能力均大于截面承载力极限状态计算值，可以满足规范截面承载力要求，计算中考虑了普通钢筋对结构承载力的影响。
1.6 持久状况正常使用极限状态计算
根据《设计规范》规定在使用荷载作用下，部分预应力混凝土A类受弯构件的法向拉应力应符合规范规定。根据《设计规范》预应力混凝土受弯构件在短期使用荷载作用下最大竖向挠度的允许值的规定执行，即简支梁容许挠度值为U600。由计算可知，在短期使用荷载作用下，结构自重产生的竖向挠度最大值发生在跨中截面满足规范要求。
2 桥梁结构简支梁的加固施工工艺
2.1 主梁锚固孔定位凿洞
根据设计图布设的锚固孔中心定位凿孔，孔洞直径应大于套管直径2～3cm，以便于埋设环氧砂浆，凿孔工具可采用电动冲击钻，先以直径8mm的小钻头在孔位四周打一圈，然后再凿中间部分的混凝土，这样可避免孑L壁四周混凝土遭到损坏；钻进时，不要猛钻，应边钻边拉动钻头，清除散粒，以免损坏钻头。体外预应力筋的锚固孔，在设计时必须避免与主梁斜筋相交。在正常情况下，按设计尺寸正确放样，一般不会发生斜筋交叉现象，但当主梁钢筋原定位不准，仍有可能发生钢筋干扰情况，如遇箍筋，可直接用氧气或扁凿割断，如遇到主筋，则适当偏移孔位。套管、垫圈、销轴应根据设计进行金属加工，但由于是旧桥加固提载，各片T形梁在制作时会有不同程度的尺寸误差，因此，应及时对套管和锚固轴的长度相应调整。用环氧砂浆埋设套管，锚固孔凿好后应进行表面处理，使孔壁清洁干燥，浮松部分清除，配制环氧树脂砂浆，用斜面压降法或灌浆法埋设套管。
2.2 根据设计图要求，加工斜向受拉槽钢时，对各部件切割下料，焊接前应事先进行放样 组拼，准确无误后方可进行施焊，并注意锚固孔是否因故改动，否则，槽钢下端角度及有关尺寸必须相应调整，以免形成在箱形槽钢两端的穿筋孔眼不在一条水平线上，引起水平钢筋弯曲或；螺母与箱形槽钢顶端不垂直，产生角偏差，造成张拉受力后预应力钢筋折断，一般在制作和凿孔放样时均有一定的误差，所以常将孔眼适当放大为长圆孔，留有微调的余量。用砂轮切割机进行钢筋切割下料，并将割口毛边用锉刀锉圆，连接器和螺母严格按设计要求的材料尺寸和工艺制作，连接器连接时先用钢筋的一端做好一半连接器长度的标记，将连接器放到标记部位，然后放进另端钢筋，如设计时采用冷拉四级钢筋为预应力钢筋时，需先加工螺丝端杆，按设计要求长度对焊钢筋，再通过冷拉工艺后才能使用。
2.3 安装预应力构件
安装预应力构件时，把斜向槽钢套人锚固销，另一端用绳子拉起或支架撑住箱形部位，再穿入预应力钢筋，旋上垫圈、螺母，然后人工将螺母旋紧至下面横隔板下承托，以减小机械张拉的行程。张拉前设备准确就位，油泵接电、电机就位，由于张拉工作在桥下空中操作，须事先搭好操作脚手支架，如在船上搭架，需注意船只锚定稳固，油泵油管要有足够的长度。张拉预应筋前，应事先在试验机上标定油压表与拉力的关系，以便准确控制张拉力。本桥预应力筋为悬空直线，中间无摩阻损失，因此，可采用单机一头张拉。张拉程序宜以两侧边梁开始向中间顺序进行，以减少中梁的弹性压缩损失；张拉前应仔细再检查一遍槽钢下端箱体上的钢板孔臂是否和预应力钢筋相碰，螺母和箱体盖板是否垂直，如不符合要求，必须进行调整，调整合格检查无误后，即用油泵控制压力表进行张拉到规定吨位，然后用特制的长扳手用力旋紧螺母，以尽量减小螺母压密损失。
2.4 材料防护
预应力钢筋及其他一切外露钢材，需用钢丝刷除锈，涂两遍防锈漆，箱形槽钢内灌入水泥细石子混凝土至与预应力钢筋平齐。待预应力钢筋上的油漆干燥后，涂热沥青两遍，并用浸透沥青的粗麻袋条沿钢筋缠绕一遍，并用细铅丝固定，如此重复两次，形成三麻四油的防护保护层，然后再用细铅丝固定聚苯乙烯保温管再缠绕一层麻袋布，形成防护保温层。
3 结语
总之，我国公路桥梁很多为新中国成立后建造的，桥龄最长达40多年。近几年随着超重车越来越多。病害问题逐渐反映出来，比如桥梁老化、破损、裂缝等现象，但是桥梁承载能力不足才是当前T形简支梁桥维修加固工作中的主要问题。T形简支梁桥梁加固维修的方法很多，在工程实践中根据T形简支梁的不同病害和施工环境的不同，分别采用粘贴钢板，粘贴碳纤维、增设横隔板、改变结构体系等加固方法。每一种方法的具体应用都是经过仔细考虑确定的。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业推荐性标准.JTG/T J22-2008 公路桥梁加固设计规范[S].北京：人民交通出版社，2008.
[2] 中华人民共和国行业推荐性标准.JTG/T J23-2008 公路桥梁加固施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2008.
关键词：桥梁工程；混凝土结构；体外预应力；加固
中图分类号：U445.7+2 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）10-0072-02
前言
在公路建设中，需要建造大量中小跨径的梁桥，用以跨越中小河流等障碍。在中小跨径的梁式桥中，钢筋混凝土或预应力混凝土T形简支梁桥常常是首选的桥型，不管是公路桥还是城市道路桥、铁路桥，这种桥型的比例很大，因而在我国的公路桥梁建设中占有重要的地位。从20世纪50年代至今，T形简支梁桥的应用在国内数量最多，分布最广，其原因有T形简支梁制造简单，肋内配筋可做成刚劲钢筋骨架，主梁之间借助横隔梁来连接，整体性好，施工方便，其跨径多在7.5～50m之间，根据跨径的大小确定是否施加预应力。在20世纪60年代中后期，为了简化T形简支梁的预制施工，在不少的地区修建了许多无横隔梁的T形梁桥，但是实践证明无横隔梁的T形简支梁一般会出现纵向和梁肋裂缝，目前这样的T形简支梁存在不少。70年代对于钢筋混凝土梁，我国拟定了标准跨径为10m、13m、16m、20m的标准设计图。对于预应力混凝土T形简支梁，我国拟定了标准跨径为20m、30m、40m的标准设计图。80年代后期为适应我国高速公路建设，各地针对T形简支梁的跨径、斜交角度等编制了20m、30m、35m、40m跨径的通用设计图。此外结合钢绞线在高速公路上的普及应用也制定了20m、30m、40m跨径的通用图。
1 桥梁结构简支梁的加固设计技术措施
1.1 上部结构存在的几种主要病害
因桥面铺装损坏严重，相邻T形梁横向连接较差，使连接处裂缝渗水。两边孔每片T形梁均与台背顶死，有8片T形梁端部破损非常严重、底部混凝土保护层脱落，主筋外露、生锈，每片T形梁翼板及其根部出现宽度为0.5～0. 8mm裂缝，渗水现象严重，其余9跨中孔，T形梁翼板及其根部均存在不同程度裂缝和支座处破损。
1.2 加固前静载试验
在全面调查分析的基础上，对大桥承载能力进行鉴定，以便于进行加固设计，为此，决定在加固前对大桥进行一次静载试验，主要测定桥梁墩台在荷载作用下的应力及变形情况和测定桥梁荷载横向分布规律以及T形梁控制截面的内力影响线。经实测跨中挠度校验系数小于0.5，说明该试验孔T形梁刚度较大；T形梁底钢筋应力校验系数在容许范围内，说明桥梁最大承载力在其承受范围之内。
1.3 加固设计要点分析
由于该桥加固时不允许中断交通十分繁忙若另搭施工便桥，必然增加工程造价，致使经费发生困难，经多方案比较后，决定采用基本上不中断交通的体外预应力钢筋加固提载法。体外预应力筋的布置和张拉有3种方式：梁底水平设置的预应力筋；斜撑式预应力钢筋布置；组合式预应力钢筋布置方式。根据结构分析计算和加固前的静载试验，可知该桥基本状况良好，承载能力为汽车-15级左右，决定采用斜撑式体外预应力筋加固方式，既能明显提高跨中断面的抗弯能力，又能改善斜撑内断面的抗剪能力，预应力施工又很方便，体外预应力筋布置方式如图1所示。
1.4 体外预应力筋计算
体外预应力筋的加固计算，即是在分析加固前后T形梁不同的结构受力状况下，计算出加固前T形梁所能承受的荷载，再按提载后荷载等级计算出弯矩和剪力。在体外预应力的计算中，必须考虑到体外预应力束的预应力损失。
1.5 加固设计计算
由于本桥的设计资料缺失，在计算过程中，混凝土的强度、截面几何尺寸以及配筋情况应以现场检测的实测数据为准。根据现场检测的结果可知，混凝土强度为C25。从计算结果可以看出，T形梁各截面在持久状况极限状体组合下承载能力均大于截面承载力极限状态计算值，可以满足规范截面承载力要求，计算中考虑了普通钢筋对结构承载力的影响。
1.6 持久状况正常使用极限状态计算
根据《设计规范》规定在使用荷载作用下，部分预应力混凝土A类受弯构件的法向拉应力应符合规范规定。根据《设计规范》预应力混凝土受弯构件在短期使用荷载作用下最大竖向挠度的允许值的规定执行，即简支梁容许挠度值为U600。由计算可知，在短期使用荷载作用下，结构自重产生的竖向挠度最大值发生在跨中截面满足规范要求。
2 桥梁结构简支梁的加固施工工艺
2.1 主梁锚固孔定位凿洞
根据设计图布设的锚固孔中心定位凿孔，孔洞直径应大于套管直径2～3cm，以便于埋设环氧砂浆，凿孔工具可采用电动冲击钻，先以直径8mm的小钻头在孔位四周打一圈，然后再凿中间部分的混凝土，这样可避免孑L壁四周混凝土遭到损坏；钻进时，不要猛钻，应边钻边拉动钻头，清除散粒，以免损坏钻头。体外预应力筋的锚固孔，在设计时必须避免与主梁斜筋相交。在正常情况下，按设计尺寸正确放样，一般不会发生斜筋交叉现象，但当主梁钢筋原定位不准，仍有可能发生钢筋干扰情况，如遇箍筋，可直接用氧气或扁凿割断，如遇到主筋，则适当偏移孔位。套管、垫圈、销轴应根据设计进行金属加工，但由于是旧桥加固提载，各片T形梁在制作时会有不同程度的尺寸误差，因此，应及时对套管和锚固轴的长度相应调整。用环氧砂浆埋设套管，锚固孔凿好后应进行表面处理，使孔壁清洁干燥，浮松部分清除，配制环氧树脂砂浆，用斜面压降法或灌浆法埋设套管。
2.2 根据设计图要求，加工斜向受拉槽钢时，对各部件切割下料，焊接前应事先进行放样 组拼，准确无误后方可进行施焊，并注意锚固孔是否因故改动，否则，槽钢下端角度及有关尺寸必须相应调整，以免形成在箱形槽钢两端的穿筋孔眼不在一条水平线上，引起水平钢筋弯曲或；螺母与箱形槽钢顶端不垂直，产生角偏差，造成张拉受力后预应力钢筋折断，一般在制作和凿孔放样时均有一定的误差，所以常将孔眼适当放大为长圆孔，留有微调的余量。用砂轮切割机进行钢筋切割下料，并将割口毛边用锉刀锉圆，连接器和螺母严格按设计要求的材料尺寸和工艺制作，连接器连接时先用钢筋的一端做好一半连接器长度的标记，将连接器放到标记部位，然后放进另端钢筋，如设计时采用冷拉四级钢筋为预应力钢筋时，需先加工螺丝端杆，按设计要求长度对焊钢筋，再通过冷拉工艺后才能使用。
2.3 安装预应力构件
安装预应力构件时，把斜向槽钢套人锚固销，另一端用绳子拉起或支架撑住箱形部位，再穿入预应力钢筋，旋上垫圈、螺母，然后人工将螺母旋紧至下面横隔板下承托，以减小机械张拉的行程。张拉前设备准确就位，油泵接电、电机就位，由于张拉工作在桥下空中操作，须事先搭好操作脚手支架，如在船上搭架，需注意船只锚定稳固，油泵油管要有足够的长度。张拉预应筋前，应事先在试验机上标定油压表与拉力的关系，以便准确控制张拉力。本桥预应力筋为悬空直线，中间无摩阻损失，因此，可采用单机一头张拉。张拉程序宜以两侧边梁开始向中间顺序进行，以减少中梁的弹性压缩损失；张拉前应仔细再检查一遍槽钢下端箱体上的钢板孔臂是否和预应力钢筋相碰，螺母和箱体盖板是否垂直，如不符合要求，必须进行调整，调整合格检查无误后，即用油泵控制压力表进行张拉到规定吨位，然后用特制的长扳手用力旋紧螺母，以尽量减小螺母压密损失。
2.4 材料防护
预应力钢筋及其他一切外露钢材，需用钢丝刷除锈，涂两遍防锈漆，箱形槽钢内灌入水泥细石子混凝土至与预应力钢筋平齐。待预应力钢筋上的油漆干燥后，涂热沥青两遍，并用浸透沥青的粗麻袋条沿钢筋缠绕一遍，并用细铅丝固定，如此重复两次，形成三麻四油的防护保护层，然后再用细铅丝固定聚苯乙烯保温管再缠绕一层麻袋布，形成防护保温层。
3 结语
总之，我国公路桥梁很多为新中国成立后建造的，桥龄最长达40多年。近几年随着超重车越来越多。病害问题逐渐反映出来，比如桥梁老化、破损、裂缝等现象，但是桥梁承载能力不足才是当前T形简支梁桥维修加固工作中的主要问题。T形简支梁桥梁加固维修的方法很多，在工程实践中根据T形简支梁的不同病害和施工环境的不同，分别采用粘贴钢板，粘贴碳纤维、增设横隔板、改变结构体系等加固方法。每一种方法的具体应用都是经过仔细考虑确定的。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业推荐性标准.JTG/T J22-2008 公路桥梁加固设计规范[S].北京：人民交通出版社，2008.
[2] 中华人民共和国行业推荐性标准.JTG/T J23-2008 公路桥梁加固施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2008.