段偉峰

（廣東粵路勘察設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510000）

近年來(lái)，我國(guó)的交通業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，為滿(mǎn)足大量貨物的有效運(yùn)輸，許多重型車(chē)輛應(yīng)運(yùn)而生。重型車(chē)輛雖然能在運(yùn)輸能力上得到保證，但是在行駛的過(guò)程中使得公路和橋梁負(fù)荷加重，導(dǎo)致公路和橋梁的運(yùn)營(yíng)狀況不斷惡化，最終很多使用時(shí)間較長(zhǎng)的橋梁出現(xiàn)過(guò)度老化，甚至?xí)霈F(xiàn)破損嚴(yán)重的情況。在橋梁最初設(shè)計(jì)時(shí)，其設(shè)計(jì)荷載等級(jí)較低，也是導(dǎo)致橋梁損傷和老化的重要原因。為防止已建的老化、損傷，或者荷載等級(jí)較低的橋梁在現(xiàn)有交通量通行下結(jié)構(gòu)不受到破壞，需對(duì)橋梁采用加固的方法以延長(zhǎng)其使用壽命，而體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可以很好地達(dá)到加固效果。

1 體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造

1.1 體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的錨固系統(tǒng)

體外預(yù)應(yīng)力錨固體系的主要部件有錨具、錨固塊及鋼墊板等，錨固體系通常分為兩類(lèi)，分別為可更換式和永久式。

1.2 體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的減振系統(tǒng)

對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，主要對(duì)梁體與體外筋進(jìn)行固有振動(dòng)特性分析，因?yàn)轶w外預(yù)應(yīng)力筋只能借助轉(zhuǎn)向塊和錨固端給予混凝土梁體一定壓力，才能在加載過(guò)程中傳遞力的變化，然而并沒(méi)有對(duì)轉(zhuǎn)向塊起到限制作用，所以和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋不同，其變形和振動(dòng)皆脫離梁體。分析體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)振動(dòng)的特性是為了當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)受外力影響時(shí)，能夠確保梁體、體外預(yù)應(yīng)力筋所固有的振動(dòng)頻率和外動(dòng)力荷載的頻率有所不同，防止梁體、體外預(yù)應(yīng)力筋以及外動(dòng)力荷載出現(xiàn)共振。體外預(yù)應(yīng)力加固梁的振動(dòng)主要受到梁體及體外預(yù)應(yīng)力索的影響。

橋體外索減振裝置主要是通過(guò)選擇減振橫梁配合減振支架的方式來(lái)進(jìn)行設(shè)置，具體構(gòu)造如圖1所示。具體操作如下：（1）在箱梁兩腹板中間部分放置減振橫梁，確保方向?yàn)闄M向。橫梁由兩根槽鋼組成，將其放置于體外索下方，且緊挨護(hù)套管放置。（2）在橫梁兩側(cè)用鋼板進(jìn)行錨固，同腹板連接，并按照6m的間隔距離逐個(gè)固定減振橫梁。減振支架包括墊塊、套管和支架三個(gè)基本結(jié)構(gòu)，其中墊塊使用橡膠材質(zhì)，套管為半圓形鋼材料，二者用來(lái)幫助緊固松散的體外束，然后使用鋼支架將體外束設(shè)置在減振橫梁上，將上方護(hù)套管拆除。為了增強(qiáng)整體的穩(wěn)定性和牢固性，需要在護(hù)套管中設(shè)計(jì)一種由橡膠墊和鋼板組成的收緊裝置，用來(lái)讓體外束更加緊密，如圖2所示。此裝置一般按照3m的間隔進(jìn)行安裝。

圖1 橋體外索減振裝置構(gòu)造圖

圖2 體外束收緊裝置

1.3 體外預(yù)應(yīng)力筋的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

體外預(yù)應(yīng)力筋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是體外預(yù)應(yīng)力橋梁中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件，直接關(guān)系著預(yù)應(yīng)力受力系統(tǒng)的狀況。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相對(duì)而言較為特別，自身不僅裝置錨固結(jié)構(gòu)，還要承擔(dān)體外索的方位調(diào)整工作。預(yù)應(yīng)力折線(xiàn)筋的形成受到轉(zhuǎn)向塊的制約，當(dāng)轉(zhuǎn)向塊對(duì)預(yù)應(yīng)力筋方向做出調(diào)整后，可以形成這種折線(xiàn)筋。轉(zhuǎn)向塊的受力形式比較復(fù)雜，偏大的集中作用力以及相關(guān)的摩擦力等都會(huì)產(chǎn)生影響。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的分類(lèi)可以根據(jù)作用特點(diǎn)的不同進(jìn)行分類(lèi)，在傳載結(jié)構(gòu)上可以分為兩類(lèi)，分別用于橫縱向裝置。一種是承壓型，通常在矩形或T形狀箱梁中橫向安裝，這是一種將受力轉(zhuǎn)化為壓力，通過(guò)荷載傳遞同原裝置相連；另一種為剪切型，主要用于縱向固定，是一種利用剪力進(jìn)行荷載傳導(dǎo)的作用形式。在橋梁加固的具體實(shí)施過(guò)程中，對(duì)其進(jìn)行布筋時(shí)，由于空間有限，轉(zhuǎn)向塊處的鋼束的彎起角度過(guò)大或鋼束半徑過(guò)小，將會(huì)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力的強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響，因此應(yīng)盡量降低體外預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力，通常情況下，張拉控制應(yīng)力可取鋼束標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的0.40～0.65。且需要注意的是，在進(jìn)行張拉時(shí)，應(yīng)以強(qiáng)度控制為主、引伸量控制為輔。

2 體外預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向裝置設(shè)計(jì)

2.1 轉(zhuǎn)向裝置配筋設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)計(jì)算混凝土梁橋時(shí)，國(guó)外專(zhuān)家對(duì)結(jié)構(gòu)做出了兩種類(lèi)型的區(qū)域劃分，分別是B區(qū)和D區(qū)。前者可以通過(guò)內(nèi)力合計(jì)判斷截面應(yīng)力狀況，這種截面應(yīng)變分布能夠與預(yù)設(shè)的平截面區(qū)域一致。未發(fā)生開(kāi)裂的情況下，可以根據(jù)面積、慣性矩等相關(guān)數(shù)據(jù)分析應(yīng)力大小。同理，在已經(jīng)發(fā)生開(kāi)裂的狀況下，則需要結(jié)合桁架模型輔助計(jì)算。D區(qū)和B區(qū)相比，在截面的應(yīng)力狀況明顯表現(xiàn)為非線(xiàn)性特點(diǎn)，受到空間分布不連續(xù)等因素的干擾。我國(guó)目前的相關(guān)研究主要針對(duì)B區(qū)展開(kāi)。根據(jù)受彎部件做出研究，常規(guī)條件下正常使用達(dá)到的極限狀況以及受應(yīng)力下的極限狀態(tài)需要結(jié)合截面進(jìn)行計(jì)算，以此作為基礎(chǔ)，而在當(dāng)前有關(guān)D區(qū)的混凝土橋梁理論研究中探討的內(nèi)容少之又少。在實(shí)際的橋梁施工活動(dòng)中，受制于D區(qū)受力狀況的復(fù)雜性以及相對(duì)煩瑣的構(gòu)造條件，在缺少科學(xué)的指導(dǎo)性規(guī)范環(huán)境下，這種依賴(lài)于以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的D區(qū)往往會(huì)存在一些問(wèn)題，如產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫等。關(guān)于受拉型塊式轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)破壞的類(lèi)型一般有三種：箍筋受損、梁作用破壞、剪切破壞。按照相應(yīng)的受力作用以及破壞特點(diǎn)可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的拉壓桿裝置，如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)向塊的拉壓桿計(jì)算模型

2.2 鋼結(jié)構(gòu)錨固轉(zhuǎn)向體系構(gòu)造設(shè)計(jì)

錨固體系和轉(zhuǎn)向體系是體外預(yù)應(yīng)力加固的重要部位，在受力方面較為復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)方面對(duì)其要求也較高，除了需具有較大的輕度，也要有較高的可靠度。

（1）錨固體系。鋼結(jié)構(gòu)錨固體系使用十分廣泛，其基本組成構(gòu)造包括若干部件，如底座、傳力板、隔斷板、墊板、加力和粘貼裝置、黏結(jié)膠體、錨栓等。鋼錨箱構(gòu)造具有靈活性，能根據(jù)橋梁工程的具體特征做出調(diào)整，且強(qiáng)度和剛度都較大，施工快速方便，受力較明確，然而，其也存在易生銹的缺點(diǎn)，對(duì)防護(hù)要求較高。影響錨箱構(gòu)造的因素一般是橋梁結(jié)構(gòu)、固定位置以及所需的預(yù)應(yīng)力。在完成仿真分析以及多次實(shí)踐的磨合后，鋼錨箱的設(shè)計(jì)便可以根據(jù)需要做出改動(dòng)，在橋梁工程結(jié)構(gòu)、錨定位置等方面自行設(shè)計(jì)，可見(jiàn)鋼結(jié)構(gòu)的錨固體系適應(yīng)性和實(shí)用性較強(qiáng)。選擇錨栓時(shí)通常會(huì)選擇承載力大、膨脹較小的大噸位錨栓進(jìn)行錨固，此錨栓承受動(dòng)荷載能力較強(qiáng)。

（2）轉(zhuǎn)向體系。體外索在橋梁箱梁中的平彎和豎彎需要根據(jù)錨固要求來(lái)進(jìn)行確定和設(shè)置，需設(shè)置體外預(yù)應(yīng)力的轉(zhuǎn)向裝置。鋼結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)向體系的結(jié)構(gòu)主要有轉(zhuǎn)向支架、轉(zhuǎn)向器以及連接用具。其中，經(jīng)常用到的是轉(zhuǎn)向支架，比如當(dāng)箱梁內(nèi)凈高1.0～3.5m、體外預(yù)應(yīng)力鋼束轉(zhuǎn)向和通過(guò)2～10束時(shí)，將轉(zhuǎn)向支架用于箱梁較低的設(shè)計(jì)中，這種轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)可直接連接頂端和底板。利用這種方法持續(xù)推進(jìn)橋梁加固時(shí)，應(yīng)在橋跨的1/4～1/2處允許墩頂部位可以根據(jù)需要自行調(diào)整，不必完全依賴(lài)橫隔板來(lái)實(shí)現(xiàn)。在施工過(guò)程中，雖然各種轉(zhuǎn)向裝置的基本構(gòu)造和外形特征具有統(tǒng)一性，但是實(shí)際設(shè)置參數(shù)則應(yīng)該以鋼絞線(xiàn)結(jié)構(gòu)特征為依據(jù)。和原有的橋跨連接方式不同，不能只簡(jiǎn)單取決于尺寸和數(shù)量，還要考慮到箱型界面規(guī)格、加受預(yù)應(yīng)力形成的多變束數(shù)、作業(yè)人員通行需要等，結(jié)構(gòu)變化比較明顯。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在加固橋梁時(shí)，選擇體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)不僅能夠增強(qiáng)既定橋體自身的抗彎和抗剪承載水平，還能夠提高實(shí)際施工環(huán)節(jié)中使用材料的利用率，同時(shí)減少管道摩擦損失。且在作業(yè)時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋使用靈活，同時(shí)也具有安全可靠等特點(diǎn)。通常情況下，體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)擁有其他結(jié)構(gòu)鮮明的使用優(yōu)勢(shì)，如能針對(duì)具體結(jié)構(gòu)調(diào)換索。隨著研究的進(jìn)一步深入及新材料的不斷投入使用，必定會(huì)為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的不斷完善提供更好的條件，從而為橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的更好發(fā)展提供廣闊前景。