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          談談公路橋梁常用的預應力加固技術


          一、混凝土橋梁加固所面臨的問題及對策耐
          1、混凝土橋梁加固所面臨的主要問題
          混凝土橋梁加固主要面臨著耐久性缺乏的問題,主要表現在以下幾個方面:一是混凝土橋梁的耐久性一般在20年以上的,極其容易出現大面積的破裂、脫落、老化,鋼筋受到的銹蝕程度嚴重,使橋梁受到嚴重的損壞;二是受到嚴重損壞的橋梁,其本身具有的穩定性、牢固性、安全性大大降低,嚴重威脅到公路橋梁交通的安全;三是維護混凝土橋梁的耐久性,進行加固施工,需要花費大量的資金。
          2、提高混凝土橋梁耐久性的對策
          提高混凝土橋梁的耐久性,是公路橋梁加固的重要技術之一,其主要方式有兩個,一是選用高性能、高品質的混凝土,相方設法提高混凝土的勻質性、密實性、抗滲性和耐凍性,從而達到提高混凝土抵抗冷凍侵蝕和碳化的能力;二是對既有橋梁所存在的缺陷進行加固改造施工,提高橋梁的耐久性,達到延長混凝土橋梁使用壽命的目的。

          二、橋梁加固原理
          橋梁加固改造是指運用一定的技術手段,恢復和提升橋梁的承載性能和耐久性能的方法。目前,常用的橋梁加固方法很多,從大的方面可分為上部結構補強加固和下部結構補強加固。從后加補強材料是否具備預應力及基本受力原理來看,橋梁上部加固又可劃分為:主動加固和被動加固兩大類。
          1、橋梁被動加固原理
          橋梁在抗剪薄弱區或受拉區直接進行補強材料加固處理,例如:補焊鋼筋、粘貼高強復合材料、粘貼鋼板等。從作用原理上講,這種加固方法屬于被動加固的范疇。在實際設計時,必須考慮分階段受力及帶載加固的特點,構件自重和恒載是由原梁承擔的;加固后的組合截面則承擔活載,原梁變形制約著后加補強材料強度的發揮程度。
          2、橋梁主動加固原理
          要想方設法提高后加補強材料的利用率,就必須解決后加補強材料的“應變滯后”問題,使“應變滯后”變成“應變同步”,應施加預應力給后加補強材料,采用預加力原理實施加固補強處理。從作用原理上講,預應力加固是屬于主動加固的一種。讓后加補強材料主動受到預加力的作用,改善橋梁原來的應力狀態,可以以提高原梁承載力,增強其抗裂性。

          三、公路橋梁中常見的應預力加固技術及其特點分析
          目前,公路橋梁結構中常用的預應力是三種加固體系主:即有粘結預應力加固體系、體外預應力加固體系、高強復合纖維預應力加固體系。
          1、有粘結預應力加固體系
          (1)作用原理
          利用錨固于被加固梁體上的小直徑預應力筋,對梁體施加預應力,然后噴注具有較高抗拉強度的復合砂漿,將預應力筋與被加固梁體粘結為一體,構成有粘結預應力加固體系。有粘結預應力加固體系以其預應力筋錨固簡單、張拉施工方便、結構耐久性好,材料利用效率高的技術優勢受到國內外土木工程界的重視。
          (2)技術特點
          與體外預應力加固體系相比有粘結預應力加固體系的突出優點是:一是能最大限度的發揮后加補強材料的作用,提高材料的利用效率;二是噴注的高性能抗拉復合砂漿保護層?固蓟涂孤入x子侵蝕能力強,保護鋼筋免于銹蝕,提高結構耐久性,延長結構使用壽命;三是靠小型錨具和高性能抗拉復合砂漿粘結的雙重作用錨固預應力鋼筋,錨固工作更為安全可靠。


          2、體外預應力加固體系
          (1)作用原理
          一是體外預應力加固是指在梁體的外部(或箱內)安裝上具有防腐保護作用的預應力筋,梁體受到施加的預應力,部分外荷產生的力會被預加力產生的反彎矩所抵消從而達到改善橋梁使用性能和提高橋梁承載性能的目的;二是作為目前常用的加固方法之一,體外預應力的適用對象為:大跨徑預應力混凝土連續T構箱梁橋和連續箱梁的加固;三是體外預應力筋錨固定在梁中間或中間的橫隔梁上,跨間調整預應力筋角度的是轉向塊,非常適宜梁的受力要求;三是嚴格來講,體內無粘結預應力、體外預應力,均是無粘結預應力結構。無粘結預應力結構理論分析的核心問題是預應力鋼柬在各受力階段的應力增量計算問題。
          (2)技術特點
          與一般預應力混凝土的結構特點相比較而言,體外預應力混凝土結構主要具有以下優點:一是體外預應力的鋼筋既可以設計成不需要更換的,也可以設計成能夠更換、補拉的;二是可以更換的體外應力鋼筋,具有便于維修、養護和加固的特點;三是用體外預應力技術實施舊橋加固,其橋梁構造簡單,使施工方便易行。四是大大減小了鋼筋柬的摩阻損失,提高了預應力筋的利用效率,力筋應力的變化幅值較小,有利于橋體抗擊疲勞;五是體外預應力加固技術在我國混凝土橋梁加固改造中的推廣應用,為混凝土耐久性問題的解決提供了可能技術支撐,大大提高了橋梁的耐久性,使橋梁的使用壽命也得到了很好的延長。例補拉一次或換一次索,可延長其的使用壽命20 年,大大降低了橋梁加固及養護的管理成本,亦有利于橋梁加固管理工作的長期發展。
          3、高強復合纖維預應力加固體系
          目前,碳纖維和芳倫纖維是工程上應用得最為廣泛的高強復合纖維。在橋梁預應力加固技術中,與芳倫纖維比較而言,碳纖維材料應用得更為廣泛,技術更加成熟,故本文主要介紹碳纖維預應力加固技術。
          (1)作用原理
          為了達到增強公路橋梁加固的效果,提高碳纖維材料的有效使用率,施加預應力給碳纖維材料是一種有效的辦法。碳纖維預應力加固的作用原理為,利用錨固粘貼于被加固梁體上的碳纖維布條(板或布)對梁體施加預應力,使加固梁的受力狀態得到相應的改善。這種技術的關鍵是解決預應力纖維布(板或布)的張拉、錨固的問題,使其適應于橋梁現場施工的要求。
          (2)技術特點
          1)高強高效。由于FRP 優異的物理力學性能,在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結構構件的承載力和延性,改善其受力性能,達到高效加固修補的目的;2)線膨脹系數與混凝土接近,保證了溫度變化時,FR 與混凝土可以協同工作;三是施工便捷、工效高、沒有濕作業,不需大型施工機具,施工占地少,施工效率高。據有關資料統計,粘貼FRP 是粘貼鋼板施工工效的4~8倍。FRP 輕質柔軟,易貼附,與粘貼鋼板相比其施工質量更易保證;3)不增加構件的自重和體積。FRP 質量輕且厚度很薄,經加固修補后的構件,基本上不增加原結構的自重和尺寸,也就不會減少建筑物的使用空間;4)具有很好的耐腐蝕性和耐久性能。5)適用面廣?蓮V泛用于各種結構類型、各種結構形狀、各種結構部位的加固修補,且不改變結構形狀及不影響結構外觀,這是目前任何一種結構加固方法都不可比擬的。
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