預(yù)應(yīng)力技術(shù)從工程實(shí)際應(yīng)用到現(xiàn)在才半個(gè)世紀(jì)多，但是由于預(yù)應(yīng)力混凝土具有結(jié)構(gòu)安全可靠、節(jié)約材料、自重較小、構(gòu)件的抗裂性好、剛度大等優(yōu)點(diǎn)，得以迅速發(fā)展，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，應(yīng)用數(shù)量日益增多。預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用于公路橋梁是在20世紀(jì)50年代中期，迄今已有40 多年了。雖然起步較晚，但發(fā)展卻異常迅速，從理論計(jì)算、施工工藝和技術(shù)、材料和設(shè)備、試驗(yàn)檢測(cè)、設(shè)計(jì)和施工隊(duì)伍等已形成一套較完整的體系。預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅用于公路橋梁結(jié)構(gòu)，而且也運(yùn)用到橋梁的維修和加固、大件提升、頂推施工、邊坡或山體錨固等方面，其應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大應(yīng)用前景會(huì)與日俱增。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展,公路運(yùn)輸量大幅度提高,行車(chē)密度及車(chē)輛載重不斷增加,而橋梁作為公路的咽喉,其使用功能的好壞直接影響整條線(xiàn)路的暢通,其正常營(yíng)運(yùn)是確保交通安全的關(guān)鍵。然而橋梁結(jié)構(gòu)由于自身存在使用周期內(nèi)的自然老化、各種意想不到的自然災(zāi)害,設(shè)計(jì)過(guò)程中的歷史局限或是施工過(guò)程中的初始缺陷,造成現(xiàn)有橋梁中的相當(dāng)一部分滿(mǎn)足不了使用上的要求。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明,只要采用合理可靠的橋梁加固措施,對(duì)恢復(fù)和提高橋梁的承載能力及通行能力,延長(zhǎng)其使用壽命,是非常合理和可行的。一般情況下,橋梁的加固費(fèi)用僅為新建橋梁費(fèi)用的10%～20%,因此,如何充分利用現(xiàn)有橋梁,對(duì)其進(jìn)行有效的技術(shù)改造, 具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。
1工程背景
某立交匝道全長(zhǎng)98m,橋面寬度8m。全橋位于平曲線(xiàn)上,最小半徑為55m,墩、臺(tái)布置均與道路中心線(xiàn)正交。豎向位于半徑為10511526 m的豎曲線(xiàn)上,且沿樁號(hào)方向上設(shè)置316%和-414%的縱坡。匝道橋上部結(jié)構(gòu)采用(30+38+30)m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋, PF1橋墩墩頂與主梁固結(jié), PF2橋墩墩頂設(shè)支座。如圖1、圖2所示。該立交匝道工程在上部結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完成拆模后,即發(fā)現(xiàn)如下主要病害:
(1) 橋梁頂板、腹板多處出現(xiàn)嚴(yán)重的蜂窩孔洞,鋼筋外露現(xiàn)象嚴(yán)重;
圖1 匝道立面圖（單位：cm）
圖2 匝道平面圖（單位：cm）
(2) 預(yù)應(yīng)力管道定位與設(shè)計(jì)不符,波紋管破損嚴(yán)重,箱梁內(nèi)側(cè)的波紋管已經(jīng)完全損壞,不能穿預(yù)應(yīng)力鋼束,預(yù)應(yīng)力管道線(xiàn)形與原設(shè)計(jì)偏差較大,造成部分預(yù)應(yīng)力筋失效。
2加固方案設(shè)計(jì)
2.1加固方法的確定
加固方法從原理上可分為被動(dòng)加固和主動(dòng)加固兩類(lèi)。被動(dòng)加固的后加補(bǔ)強(qiáng)材料只承擔(dān)活載和后增加恒載引起的內(nèi)力,與原梁的鋼筋相比,其應(yīng)變(應(yīng)力)相對(duì)滯后,一般情況下,在極限狀態(tài)下其應(yīng)力達(dá)不到抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,材料無(wú)法充分發(fā)揮高抗拉性能。解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變(應(yīng)力)滯后,提高后補(bǔ)強(qiáng)材料利用效率的根本途徑就是變被動(dòng)加固為主動(dòng)加固。
主動(dòng)加固設(shè)計(jì)思想的核心就是提高后補(bǔ)強(qiáng)材料的利用效率,以最少的成本,創(chuàng)造最佳的加固效果[ 2 ] 。而體外預(yù)應(yīng)力加固則屬于主動(dòng)加固范疇。體外預(yù)應(yīng)力加固通常采用粗鋼筋、鋼絞線(xiàn)、高強(qiáng)鋼絲等材料作為施力工具,在體外對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力,以預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力,改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布,提高結(jié)構(gòu)的剛度及抗裂性能。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在實(shí)際工程中已有廣泛應(yīng)用,如上饒靈溪大橋加固設(shè)計(jì)、三門(mén)峽黃河大橋加固設(shè)計(jì)、蕪湖市中江橋等。體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn):
(1)能充分發(fā)揮體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的的性能,較大幅度提高橋梁的承載能力;
(2)在體外預(yù)加力作用下,原梁的裂縫將全部或部分閉合,明顯改善原梁的抗裂性能,提高結(jié)構(gòu)的耐久性;
(3)體外預(yù)應(yīng)力加固可在不中斷交通的條件下進(jìn)行,對(duì)橋梁的運(yùn)營(yíng)影響不大;
(4)體外預(yù)應(yīng)力加固所需設(shè)備簡(jiǎn)單、施工工期短、經(jīng)濟(jì)效益顯著。
根據(jù)本橋的具體病害情況,考慮體外預(yù)應(yīng)力加固法的適用范圍及優(yōu)勢(shì),決定拆除內(nèi)側(cè)波紋管并對(duì)結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行修補(bǔ),除對(duì)薄弱構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)外,對(duì)箱梁主體主要采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行加固。
2.2具體加固方案的設(shè)計(jì)
2.2.1體外預(yù)應(yīng)力筋的布置
根據(jù)A類(lèi)構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)抗裂要求,經(jīng)計(jì)算本加固結(jié)構(gòu)采用6束21φ515.24mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)。體外預(yù)應(yīng)力筋布置如圖3～圖5所示,沿梁全長(zhǎng)偏心距保持不變。端橫梁處設(shè)錨固塊,兩端張拉。針對(duì)曲線(xiàn)梁的特點(diǎn),利用原有橫隔梁和橫隔板作為體外預(yù)應(yīng)力筋彎曲平面內(nèi)的轉(zhuǎn)向裝置。由于增加的體外預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力徑向力合力作用點(diǎn)位于截面剪切中心附近,所以其徑向力合力對(duì)結(jié)構(gòu)幾乎不產(chǎn)生扭矩,體外預(yù)應(yīng)力筋的作用只是增加了原結(jié)構(gòu)的壓應(yīng)力儲(chǔ)備。這樣,間接減小了原設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力徑向力合力產(chǎn)生的使箱梁結(jié)構(gòu)向外側(cè)偏轉(zhuǎn)的扭矩,避免預(yù)加力徑向力造成的扭矩不平衡引起的曲線(xiàn)梁橋出現(xiàn)支座脫空、橫向失穩(wěn)、墩梁固接位置開(kāi)裂、腹板開(kāi)裂等病害產(chǎn)生。
