1 引言
1.1 混凝土耐久性
2O世紀9O年代初,混凝土橋梁的耐久性已引起世界各國的重視,通過對大量具有2O年以上橋齡的混凝土橋梁的養護管理實踐,人們發現橋梁的混凝土開裂、剝落、衰變及鋼筋的銹蝕(管道灌漿不飽滿普遍存在)對橋梁的損害問題非常嚴重,已成為迫切需要解決的問題,嚴重損害的橋梁己危及交通的安全,需要大量的資金來維護或改建,嚴酷的現實使人們開始重視混凝土橋梁的耐久性。提高混凝土橋梁耐久性的技術途徑有兩個:
(1)一是采用高性能混凝土,以提高混凝土的抗滲性、勻質性、抗凍性,從而提高混凝土抵抗碳化和冷凍侵襲的能力;
(2)另外一種是提高既有橋梁耐久性的有效途徑即對缺陷橋梁進行加固改造,延長其使用壽命。
1.2 橋梁加固
橋梁加固改造是運用有效可行的技術手段對橋梁結構物進行補強加固及拓寬,其根本目的是恢復和提高其承載能力及耐久性。目前,常用的橋梁加固方法很多,從大的方面劃分可分為上部結構補強加固和下部結構補強加固。橋梁上部結構補強加固方法又分為改變結構受力體系方法和不改變結構受力體系方法兩類。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兩大類,即主動加固和被動加固。
1.2.1 橋梁主動加固原理
在受拉區(或抗剪薄弱區)直接增設補強材料,例如:補焊鋼筋、粘貼鋼板、粘貼高強復合纖維材料(碳纖維、芳綸纖維)等。這種加固方法從作用原理上講屬于被動加固范疇。實際上設計時必須考慮帶載
加固及分階段受力特點,構件自重及恒載由原梁承擔;活載由加固后的組合截面承擔,后加補強材料強度發揮程度受原梁變形的限制。
1.2.2 橋梁被動加固原理
為解決后加補強材料“應變滯后”,提高后加補強材料利用率,對后加補強材料施加預應力,采用預加力原理進行加固補強。從作用原理上講預應力加固屬于主動加固范疇。后加補強材料主動受力,由于
預加力的作用,改善了原梁的應力狀態,以達到提高原梁承載力和抗裂性的目的。目前,橋梁結構中采用的預應力加固體系主要有三種:即體外預應力加固體系、高強復合纖維預應力加固體系、有粘結預應力加固體系。
2 體外預應力加固體系
2.1 發展背景
隨著交通運輸的發展,舊路改造及舊橋加固引起世界各國的普遍重視,很多國家開展了舊橋加固研究,在歐洲一些國家,采用體外預應力技術加固橋梁,提高原橋的荷載等級,收到了明顯的經濟效益,體外預應力技術在舊橋加固中的應用,又促進和加深了人們對體外預應力技術的認識。
90年代以來,體外預應力技術在國外得到了迅速發展,這一方面是由于人們對混凝土耐久性認識的提高,迫切期望創造一種具有防腐性能的結構,為體外預應力技術的發展提供了廣闊的市場;另一方面,隨著斜拉橋技術的發展,成功地解決了鋼絲的防銹蝕和大噸位錨頭的設計和施工問題,消除了體外預應力技術發展的最大障礙,使體外預應力技術的發展獲得了新生。隨著體外預應力設計理論及實用技術的不斷發展,反過來叉進一步促進了體外預應力加固舊橋的應用。
2.2 作用原理
體外預應力加固是將具有防腐保護的預應力筋布置在梁體的外部(或箱內),對梁體施加預應力,以預加力產生的反彎矩抵消部分外荷產生的內力,達到改善梁的使用功能和提高梁的承載能力的目的。體外預應力加固是目前采用較多的加固方法之一,特別適用于在大跨徑預應力混凝土連續箱梁和連續結構箱梁橋的加固。體外預應力筋錨固在梁端(或中間)橫隔梁上,跨間用轉向塊調整預應力筋的角度,以適應梁的受力要求。嚴格來講,體外預應力、體內無粘結預應力、包
括斜拉橋在內,都屬于無粘結預應力結構。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。
2.3 技術特點
與普通預應力混凝土結構相比,體外預應力混凝土結構具有如下主要優點:
①體外預應力鋼筋可以是不可更換的,也可以設計成可更換、可補拉的,可更換的體外力筋,易于維修、養護、加固;