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    體外預應力技術

    一、體外預應力加固法基本概念

    體外預應力是針對體內預應力而言的,即把預應力筋布置在主體結構之外。當體外預應力索應用于混凝土結構時就被稱為體外預應力混凝土結構。體外預從力學特征上說,體外預應力索與周圍結構主體在同一截面上的變形是不協調的。

    體外預應力索加固結構的實質,是以粗鋼筋、鋼絞線或高強鋼絲等鋼材作為施力工具,對結構施加體外預應力,以預加力產生的反彎矩部分抵消外荷載產生的內力,從而達到改善使用性能并提高其極限承載能力的目的。

    二、體外預應力加固法原理

    常用的體外預應力加固技術包括體外預應力鋼絲束加固法和下撐式預應力拉桿(粗鋼筋)加固法。

    (一)外部預應力鋼絲束加固法

    采用外部預應力鋼絲束(鋼絞線)加固梁式上部結構,一般沿梁肋側面按某種曲線線形(常用的有拋物線形等)設置預應力鋼絲束,通過張拉預應力筋實現體外預應力。為保證曲線線形并固定鋼束位置,在梁底每隔一定間距離(50——100cm)設置一個定位箍圈(由梁底向上兜),或者在梁肋側面埋設定位銷。鋼絲束的兩端頭則穿過梁端翼緣板上的斜孔伸至梁頂錨固(如圖1)。

    為了防止鋼絲束銹蝕,預應力鋼絲束應放在保護導管內,或者待張拉后在鋼絲束周圍用混凝土包裹。采用預應力鋼絲束加固時,由于設置并張拉鋼絲束常增加梁端上緣的壓應力,從而導致梁端上緣混凝土因抗壓強度不足而開裂。

    (二)下撐式預應力拉桿(粗鋼筋)加固法

    按加固對象不同,該方法分為預應力拉桿加固及預應力撐桿加固。其中預應力拉桿加固法主要用于受彎構件,而預應力撐桿加固法適用于提高軸心受壓以及偏心受壓鋼筋混泥土柱的承載能力,例如排架樁式橋墩、橋臺以及拱橋的柱式腹拱墩等。

    1、預應力拉桿加固

    根據加固目的及被加固結構受力要求的不同,預應力拉桿加固又分為水平式[或稱直線式,見圖2]、下撐式[或稱折線式,見圖3]及混合式等拉桿布置方式。對于梁,水平式拉桿適用于正截面受彎承載能力不足的加固,同時可減小梁的撓度,縮小原結構的裂縫寬度。下撐式拉桿適用于斜截面受剪承載力及正截面受彎承載力均不足以及連續梁的加固,同時可減小梁的撓度,縮小原結構的裂縫寬度?;旌鲜嚼瓧U一般用兩根水平拉桿、兩根下撐式拉桿,適用于正截面受彎承載力嚴重不足而斜截面受剪承載力略微不足的加固,同時亦可減小受彎構件的撓度,縮小原構件的裂縫寬度。對于桁架,水平式拉桿主要用于下弦桿受拉承載力不足的加固;下撐式拉桿適用于跨中下弦桿及端腹桿受拉承載力不足的加固;混合式拉桿適用于下弦桿承載力較端腹桿承載力更嚴重不足的加固。對于框架、剛架、連續梁等,主要采用與結構彎矩圖相應的連續折線式拉桿加固方案。

    2、預應力撐桿加固

    按被加固柱受力要求不同,預應力撐桿加固又分為雙側撐桿加固及單側撐桿加固。雙側撐桿適用于軸心受壓即小偏心受壓柱加固,單側撐桿適用于受壓區配筋量不足或混凝土強度過低的彎矩不變號的大偏心受壓柱的加固。

    若對簡支梁采用下撐式拉桿體外預應力加固,即可視為改簡支梁為上承式桁架梁。桁架的上弦即為原結構主梁,下弦是水平拉桿,腹桿時斜拉桿,把與滑塊接觸的墊塊視為豎桿,單墊塊為單柱式,雙墊塊為雙柱式。斜桿的上端錨固位置有兩種:一種錨于梁端的頂部;另一種錨于靠近端橫梁處的梁脅頂部,斜桿的下端與滑塊連接?;瑝K依賴拉桿收緊后產生的上托力和滑移時的摩擦力與上弦連接。對斜桿的張拉不是直接施加拉力,而是隨著水平拉桿張拉力增加,下端滑塊產生相應的移動使它的長度增大。當水平拉桿張拉力達到設計量后,將它的兩端錨固,加固工作即告完成。

    在斜桿頂端和梁底墊塊上作用力的水平分力共同對梁體施加偏心軸向壓力,上述作用力的豎向分力所形成的力偶對梁端施加負彎矩及豎向負剪力。這些預加力可以抵消或超過恒載作用力。在車輛通過時這些體外拉桿是上部結構的組成部分并與原有梁體共同受力,形成超靜定體系。各拉桿的張拉力將自動增加,進一步起到加強作用。

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