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体外预应力梁式桥的加固机理
日期:2015-5-7 11:01:06 作者:佚名 来源:本站原创
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1.体外预应力的概念

钢筋混凝土梁式桥通常包括简支梁(T 形梁、少筋微弯板组合梁、II 形梁及板梁等)、悬臂梁和连续梁等。当其存在结构缺陷,尤其是承载力不足或者需要提高荷载等级,即需要对桥梁主要受力构件进行加固时,可在梁体外部受拉区(梁底与梁两侧)增设钢筋或钢丝束,并施加预应力,以抵消部分永久作用应力,恢复部分裂缝,起到卸载作用,改善桥梁的受力状况,达到提高桥梁承载能力的目的。这种方法又称之为主动加固法。

2.加固方法

对于需要加固的钢筋混凝土梁式桥,常在受拉区的梁底或梁侧下部增设预应力加劲钢丝索或预应力粗钢筋,并分别锚固在梁的两端,通过设置一定的连接构件使预应力拉杆(钢丝索或粗钢筋)与梁体构成一个桁架体系,成为一次超静定结构,从而抵消部分永久作用拉力,起到卸载作用,因此较大幅度地提高桥梁的承载能力。

体外预应力加固法与梁底增焊(或粘贴)钢筋(或钢板)的加固方法相比,不需清凿混凝土保护层,且损伤梁体程度小,加固时不影响或少影响交通,能恢复或提高桥梁的荷载等级,经济效果较明显。但对于梁体外的预应力筋和有关构件应采取切实有效的防护措施,否则在温度、腐蚀、反复较大应力的疲劳荷载等外界条件作用下,容易造成预应力筋断裂而使加固工作失败。

体外预应力加固适用于中小跨径的梁式桥梁或独柱墩等,对于较大跨径的桥梁,采用本方法加固时,宜同时配合其他加固方法进行综合加固,以达到较好的加固效果。

3.加固类型和特性

体外预应力加固梁式桥,实际上也是改变了梁体原有受力体系的加固方法。所以,根据加固对象的不同,该加固法可分为预应力拉杆或索加固和预应力撑杆加固。其中,预应力拉杆加固主要用于受弯构件,而预应力撑杆加固法用于提高轴心受压以及偏心受压钢筋混凝土柱的承载能力,例如,排架桩式桥墩、桥台以及拱桥的柱式腹拱墩等。

根据被加固的结构受力要求不同,预应力拉杆加固法可分为三种,即水平拉杆、下撑式拉杆和组合式拉杆。水平拉杆适用于截面受弯承载力不足的受弯构件加固,既可减小梁的挠度,又缩小原构件的裂缝宽度。下撑式拉杆适用于斜截面受剪承载力、正截面受弯承载力均不足的受弯构件加固,同时又可减小梁的挠度,缩小原构件的裂缝宽度。组合式拉杆一般用两根水平拉杆,两根下撑式拉杆,适用于正截面受弯承载力严重不足,而斜截面受剪承载力略为不足的受弯构件加固,同时亦可减小受弯构件的挠度,缩小裂缝的宽度。

(1)预应力水平拉杆加固补强方法

对于钢筋混凝土T形梁或工字形梁桥,可采用在梁的受拉区,即在梁底增设水平预应力拉杆的补强方法进行加固。先安装好拉杆,再通过一定的装置进行收紧张拉,使得拉杆产生较大的纵向拉力并传至梁底,使梁底受拉区受到拉杆预压应力的作用,梁中受拉应力也就相应减少。

从上述加固的原理来看,这种补强加固法可提高梁体的正截面抗弯承载力,但不能提高支座附近斜截面抗剪承载能力。

(2)预应力下撑式拉杆加固补强方法

该加固法的主要特点是,将水平的补强拉杆在接近支座处向上弯起,然后将拉杆锚固于梁(板)支座的上部,弯起点处设置传力构造,再施加预拉应力。补强拉杆一般用粗钢筋做成,也有用型钢的。由于拉杆中施加预应力后,通过拉杆弯起点的支托构件传力,对梁产生作用力,起到卸载作用。这种加固方法的优点是对受弯构件垂直截面上的抗弯强度和斜截面上的抗剪强度均同时起到补强作用,构造做得妥善时可将原结构的承载能力提高较大。

(3)预应力组合式拉杆加固补强方法

该加固方法既布置有水平补强拉杆,又布置有下撑式补强拉杆,使之能够同时提高桥梁结构的抗弯和抗剪强度,从而可更大幅度地提高桥梁的承载能力。

4.体外预应力加固法机理

通过在梁体外布设强度较高的钢拉杆或撑杆,并与被加固的梁体锚固连接,然后施加预应力,强迫后加的拉杆和撑杆参与被加固结构的受力,从而改变原结构的内力分布,并降低原结构应力数值,使结构总承载力显著提高,且可以减少结构的变形、使裂缝宽度缩小甚至完全闭合。这就是体外预应力加固梁式桥梁,并能提高其承载能力的机理。

体外预应力下撑式拉杆加固补强方法是最常用的一种,它可以视为改筒支梁为上承式桁架梁。桁架的上弦即为原结构主梁,下弦是新增设的水平拉杆,腹杆是新增的斜拉杆,把与梁体接触的垫块视为竖杆,单垫块为单柱式,双柱块为双柱式。斜杆的上端锚固位置有两种:一种锚于梁端的顶部,另一种锚于靠近端横梁处的梁肋顶部。斜杆的下端与滑块连接,滑块依赖拉杆收紧后产生的上托力和滑移时的摩擦力与上弦连接。对斜杆的张拉不是直接施加,而是随着水平拉杆张拉力增加,下端滑块产生相应的移动,使它的长度增大。当水平拉杆张拉力达到设计值后,将它的两端锚固。至此加固工作即告完成。在斜杆顶端和梁底垫块上作用力的水平分力共同对梁体施加偏心轴向压力。上述作用力的竖向分力所形成的力偶对梁端施加负弯矩及竖向负剪力。这些预加力可以抵消或超过结构自重作用力。在车辆通过时,这些体外拉杆是上部结构的组成部分并与原有梁体共同受力,形成超静定体系,各拉杆的张拉力将自动增加,进一步起到梁体加强作用。

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