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體外預應力加固橋梁結構的轉向裝置
發布時間:2014-07-15
目前橋梁結構的加固,有主動加固和被動加固。通常的對裂縫進行處理后在粘貼附加物(鋼板、碳纖維,有人戲稱“狗皮膏藥”)為被動加固;而體外預應力則屬于主動加固。
1 體外預應力加固橋梁的使用條件:
(1) 使用荷載下,原受彎構件抗彎、抗剪強度不足,或剛度不足,裂縫過多、過寬;
(2) 使用荷載下,大偏心受拉或受壓構件,受拉裂縫過多、過寬,施加預壓力后應能保證受壓構件的穩定性要求;
(3) 改善結構控制截面的受力狀況及變形,較大提高構件的承載力;
(4) 在一定條件下提高橋梁的荷載等級或作為重車過橋的臨時加固手段。
2 體外預應力加固中轉向裝置的設計
轉向裝置是體外配筋結構中重要的構造部分之一,它將正確地保證體外筋的形狀,牢靠地將力筋的分力傳遞到該處梁的整個斷面上。
轉向裝置的常用形式有:滑塊式、U形承托式、橫隔板式、肋板式、塊式。其中前兩種主要用于T形梁或I字梁橋的加固,后三種主要用于箱梁的加固。
滑塊:主要由厚鋼板焊接而成,具體構造及滑動面的處理可參照相關手冊資料進行。設計時,重點驗算焊縫強度。
U形承托:主要由U形鋼板、鋼墊板、承板及錨栓組成,設計時主要驗算混凝土端部的局部承壓強度。
對于橫隔板、肋板和塊式轉向裝置,前兩種的特點是:從力筋導管上方到橋面的橫隔板形成受壓支柱,主要靠支柱承壓形式承受力筋的垂直分力,承載能力大。采用新增混凝土橫隔板時,板的四周新舊混凝土連接部分要處理牢靠,需要臨時中斷交通養護混凝土,采用新增鋼構件橫隔板,則無需中斷交通。塊式的特點是:重量較小,塊的上方不能形成受壓支柱,屬鋼筋受拉型。上述三種轉向裝置都要設符合起彎角度帶喇叭口的弧形鋼導管。
3轉向裝置的構造
轉向裝置的縱向尺寸由鞍座或導管弧面最小曲率半徑、箍筋根數及間距、構造及最小保護層來決定。體外筋的起彎角度一般不宜超過15°,但舊橋加固中,有時會受其他條件的限制,有一定程度超過。橫向尺寸由力筋的外徑、橫向排列布置、水平抗剪和保護層來決定。為盡可能減小底板與腹板處的偏心彎矩,力筋導管必須靠近腹板布置,特別對轉向塊尤為重要。根據國外實踐經驗,導管水平及豎向凈距不應小于管道直徑,且不小于4cm,導管離側面自由邊的凈距在(7.5~10)cm,離底板凈距在(2.5~5)cm之間為宜。對受拉型的轉向塊,箍筋可采用單層或雙層布置,對支柱受壓型,箍筋只需采用單層布置。
對于受拉型的轉向塊,內層及外層箍筋的下端焊接與錨栓上形成閉口箍筋。箍筋直徑在(12~16)mm為宜,縱向間距(10~15)cm為宜。
內層箍筋圍住各根筋束孔道,與導管的最小凈距為2.5cm。外層箍筋圍住所有內層箍筋,凈保護層厚約(4~6)cm,與內層箍筋的豎向豎直方向間距不少于5cm。內外層箍筋的尺寸由導管曲率、外徑、間距,以及箍筋本身的間距、錨固長度等決定。不管設單層或雙層箍筋,所有箍筋的下部均與錨栓焊接,并滿足焊縫長度要求,與混凝土底板下的鋼墊板形成封閉箍筋。錨栓數量由箍筋數量決定,直徑約為20mm。首先需在地板上避開主筋鉆孔,錨栓穿出底板后錨固在粘貼與混凝土底板下的鋼墊板上,再往孔隙中灌注環氧樹脂固結螺栓。鋼墊板厚約(8~12)mm,平面尺寸比轉向裝置稍大些。所有新舊混凝土結合面需鑿毛、植筋等處理。轉向裝置內的縱向箍筋數量和位置可按構造要求設置。
柳州OVM機械股份有限公司2007年頒布的企業標準,對于鋼絞線成品索轉向裝置的最小彎曲半徑如下表。

加固

補遺:體外預應力加固結構的承載能力計算。
體外預應力加固結構,可以改善結構的受力狀況,提高結構的承載能力。然而,體外預應力實屬無粘結預應力筋,在其破壞階段,力筋的應變并不像鋼筋混凝土和有粘結預應力混凝土那樣滿足應變協調的假定。由于體外無粘結,在外荷載下,錨固塊和轉向塊之間以及轉向塊和轉向塊之間的力筋應變保持一致。實踐證明,在無粘結預應力結構破壞時,力筋的應變尚未達到其屈服應變。由此看來,在計算承載能力時,不能像有粘結預應力結構一樣用其設計強度來計算,而應該根據其實際的應變來計算。對于無粘結筋的極限應變的計算各國規范也不盡相同,但其表達式大同小異,即無粘結筋的極限應力為其有效應力和在極限荷載下的應力增量的和。德國規范歸于應力增量的規定如下:單跨梁110MPa,懸臂梁50MPa,連續梁則不考慮應力增量。
補遺:2011-05-27
以上時華南理工單成林老師的一些觀點,湖南大學邵旭東老師關于體外預應力加固橋梁有如下觀點(橋梁設計百問第二版):
體外預應力加固法主要用于梁式橋正常使用極限狀態超限的情形,通過對舊橋施加體外預應力,能夠起到較小或消除裂縫,較小梁體下撓、改善結構各截面應力狀態的目的。
由于體外預應力筋與原結構混凝土之間沒有可靠粘結,結構在開裂后預應力筋的應力增量很小,因而體外預應力對提高橋梁的承載能力幾乎沒有影響。
疑問:用體外索加固后,梁體破壞后,雖體外索的應力增量很小,但不至于達到體外索內的應力為零地步,那么體外索中的應力對結構的承載能力還是有貢獻。邵老師的觀點,我猜測是這樣:這個承載能力的沒有影響時相對于考慮體外索應力的截面承載力的,這有別于體內有粘結索。因為體內有粘結索扣除應力損失后,有效應力一般都小于設計強度,但是到破壞階段時,其應力可以達到設計強度,那么承載能力相對于以有效應力計算的承載力有所提高。如果這樣理解沒有問題,那么兩位老師的觀點就統一了。

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