馬忠寶

（青海正和公路橋梁工程有限責任公司，青海 西寧 810000）

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁工程中的應(yīng)用簡析

馬忠寶

（青海正和公路橋梁工程有限責任公司，青海 西寧 810000）

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有能提高結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性、預(yù)應(yīng)力筋能更換、維護管理方便、能降低鋼疲勞應(yīng)力幅度等優(yōu)點,是加固現(xiàn)役鋼筋混凝土橋梁最有效的方法之一,同時也為建設(shè)橋梁提供了新的設(shè)計思路。文章針對體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在道路橋梁工程中的具體應(yīng)用展開分析。

道路橋梁; 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù);應(yīng)用

體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)作為后張預(yù)應(yīng)力體系的分支之一，具有許多體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)所不具有的優(yōu)點。在國外，近年來已成為預(yù)應(yīng)力技術(shù)的熱點，在國內(nèi)，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的研究和運用均相對滯后，對這一新技術(shù)的研究和運用多限于既有橋梁的加固。截面尺寸小，自重輕，預(yù)應(yīng)力筋替換、維護管理方便，預(yù)應(yīng)力損失小，縮短施工工期以及耐久性高等是體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)的體內(nèi)布筋預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點，因此，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，既可用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、特種結(jié)構(gòu)和建筑工程結(jié)構(gòu)等新建結(jié)構(gòu)，也可用于舊有的混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固及維修，同時還可用于臨時性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或施工臨時性鋼索。隨著斜拉橋和高強混凝土技術(shù)的發(fā)展，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用將是現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力施工中的主要趨勢之一。

1. 體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用范圍及其特點

由于施工技術(shù)的不斷進步,國外體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)已發(fā)展得相當成熟,應(yīng)用得越來越廣泛,尤以法國、美國居多。它的主要應(yīng)用范圍包括:l)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、特種結(jié)構(gòu)和建筑工程;2)已有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固及維修;3)用于臨時性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會定義,體外預(yù)應(yīng)力是指預(yù)應(yīng)力筋位于混凝土截面之外,而普通無粘結(jié)和有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力筋都是位于混凝土截面內(nèi)的。

由于其固有的形式,體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)較之體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點:l)施工方便。由于預(yù)應(yīng)力筋放在梁截面以外,結(jié)構(gòu)可以和正常的混凝土梁一樣來澆筑,而采用后張法將預(yù)應(yīng)力筋進行張拉,可以有效地縮短工期,減少施工時的荷載。2)維護修補方便?？呻S時更換預(yù)應(yīng)力筋,并很方便地測試預(yù)應(yīng)力筋的性能及變形程度,根據(jù)其狀態(tài)決定是否需要張拉或更換預(yù)應(yīng)力筋。3)可作為對現(xiàn)存混凝土梁的修補手段,只需在梁外加上預(yù)應(yīng)力筋即可。4)由于不需在梁截面中預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋管道,可以減小混凝土梁截面尺寸,節(jié)約原材料,減輕自重。同時,由于預(yù)應(yīng)力筋與混凝土截面分離,提高了混凝土的耐久性。5)簡化了預(yù)應(yīng)力筋曲線,使預(yù)應(yīng)力筋束布置大大簡化,操作與追加新束方便,并大大減少了由于管道摩擦造成的預(yù)應(yīng)力損失。同時,高性能鋼束的發(fā)展與應(yīng)用可使體外預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量減少,使體外預(yù)應(yīng)力橋梁的設(shè)計、施工更為簡易。同時,體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)也具有以下不可避免的缺點: l)防腐蝕,防水性能差。這也是體外預(yù)應(yīng)力長期以來沒有得到充分發(fā)展的原因。直到近時期高強度聚乙烯的運用,使得預(yù)應(yīng)力筋防腐蝕性能極大提高,遂使這一問題得到解決,但由于防腐蝕劑的使用,提高了預(yù)應(yīng)力筋的成本。2)由于預(yù)應(yīng)力筋只通過兩端的錨固及中間的鞍與梁相連,這就對錨固端及鞍座的要求相當高,它必須具有一定的強度,具有較高的抵抗梁中荷載的能力。3)相對于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力而言,體外預(yù)應(yīng)力混凝土在同樣條件下,需要較大的張拉力才能產(chǎn)生同樣的預(yù)應(yīng)力。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系在具有眾多的優(yōu)越性的同時,其設(shè)計方法和施工工藝也與傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力體系有了明顯的不同。如體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力分析,體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)由于預(yù)應(yīng)力筋位于混凝土截面之外,其受力性能顯然不同于傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。再如預(yù)應(yīng)力筋的防腐和防火問題,體外預(yù)應(yīng)力筋勢必比體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋有著更高的要求。

2 體外預(yù)應(yīng)力的分類

1)全體外預(yù)應(yīng)力索集中錨固方式。所有的預(yù)應(yīng)力索采用體外布置,并且集中地錨固于主梁的支點斷面附近。

2)全體外預(yù)應(yīng)力索分散錨固方式。所有的預(yù)應(yīng)力索采用體外布置,并且分散地錨固于主梁的跨間各斷面處。

3)混合預(yù)應(yīng)力索分散錨固方式。預(yù)應(yīng)力索中,一部分采用體外索;另一部分采用內(nèi)部索;以分散形式錨固于主梁跨間的各斷面處。

3 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展

1)鋼索的防銹蝕處理取得成效。近年,隨著斜拉橋的發(fā)展,利用在鋼索套管里灌漿,注入石臘或潤滑油的處理,以及瀝青涂刷包裹、鍍鋅,聚乙烯涂刷,聚乙烯擠壓管等方法制作的鋼索,防銹蝕處理上,取得了成效。另外還可以用非金屬材料作預(yù)應(yīng)力索。

2)錨固處,變向變距處的簡單化。大直徑鋼索及相應(yīng)的大噸位錨固系統(tǒng)和張拉設(shè)備的開發(fā)、應(yīng)用,使鋼索的束數(shù)減少。因此,錨固處,變向變距處的簡單化,帶來了設(shè)計與施工的簡單化,使整個工程造價降低。

為使體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)向前發(fā)展,除基本解決了上述兩個問題外,對其它問題同樣進行了試驗研究,探討了處理方法。

3)結(jié)構(gòu)的極限承載能力。一般認為體外預(yù)應(yīng)力硅梁的極限承載能力低于內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鹼梁。然而,試驗結(jié)果表明:極限狀態(tài)下,的確體外預(yù)應(yīng)力鹼梁比內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鹼梁的變形大,而極限承載能力并不低。

4)鋼索的應(yīng)力變化。在荷載作用下,體外預(yù)應(yīng)力索產(chǎn)生滑移,其應(yīng)力變化分布在全長上。因而,體外預(yù)應(yīng)力索的應(yīng)力變化比內(nèi)部預(yù)應(yīng)力索小得多,錨固處一般不會出現(xiàn)疲勞問題。

5)體外預(yù)應(yīng)力索的振動。為防止在活荷載作用下,體外預(yù)應(yīng)力索和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振現(xiàn)象,索的固定點間隔應(yīng)在7—8m以上為宜。

6)摩擦損失。體外預(yù)應(yīng)力索只在變向變距處,錨固處附近和鹼產(chǎn)生接觸,其摩擦損失遠遠小于內(nèi)部預(yù)應(yīng)力索。體外頂應(yīng)力索的應(yīng)力摩擦損失計算和內(nèi)部預(yù)應(yīng)力索的倩況一樣考慮。

7)應(yīng)力集中。在錨固處、變向變距處等部位應(yīng)力相對集中,注意采取應(yīng)力分散和結(jié)構(gòu)局部加強等措施。

8)索的意外損壞。因為體外預(yù)應(yīng)力索裸露在外,應(yīng)注意人或動物可能對其造成的損壞。

4 體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用

我國體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在橋梁工程中應(yīng)用主要是橋梁加固、橋梁施工方面,近年已有采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)設(shè)計建造的新橋梁,這與我國體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的研究起步較晚有關(guān)。目前國內(nèi)體外預(yù)應(yīng)力理論還處在發(fā)展階段,與國外水平相比有較大差距。國內(nèi)外體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)用于橋梁加固方面的實踐證明,該技術(shù)可以保證結(jié)構(gòu)的整體性,新舊體系協(xié)同工作良好。克服了其他方法加固時加固材料存在的應(yīng)力滯后問題,而且采用體外索加固橋梁可以不影響通車,還可以減小撓度和裂縫寬度,提高橋梁承載能力。由于體外預(yù)應(yīng)力體系布置靈活,不僅可以用來加固簡支梁橋、連續(xù)梁橋,還可用來加固拱橋、剛構(gòu)橋等;不僅可以用來改善梁的受彎性能,還可以用來改善構(gòu)件抗剪的性能;不僅可以用來進行整體橋梁加固,而且橋梁局部加固也可以采用;不僅可以用來加固橋梁的梁部結(jié)構(gòu),也能用于加固橋墩及索塔等部位。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)用在橋梁施工方面實例很多,如橋梁預(yù)制節(jié)塊組拼頂推施工技術(shù),采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅施工方便快捷,而且可以提高頂推的長度,減少臨時支墩,提高經(jīng)濟效益;另外斜拉橋通過調(diào)整各施工狀態(tài)斜拉索索力,確保施工安全,也是體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在斜拉橋施工中的推廣應(yīng)用。

5 結(jié)語

我國正處于道路與城市建設(shè)的高峰期，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有極大的針對性，尤其在我國橋梁建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。但目前體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的運用相對滯后，所以，研究體外配束橋梁與房屋橋梁結(jié)構(gòu)已成為當務(wù)之急。同時還應(yīng)對所涉及的設(shè)計和施工上的問題進行深入地研究。

[1]黃僑,張樹仁.公路鋼筋混凝土簡支梁橋的體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,1998.

[2]林冰花,譚德盼.體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展[J].山西建筑,2007,33(8):149-150.

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1007-6344（2015）10-0293-01