4、第三章-体外预应力加固

1第三章体外预应力加固桥梁维修与加固第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固一、概况体外预应力桥梁的重新发展，得益于体外预应力加固技术的完善。体外预应力就是把预应力索放在梁的主体结构之外．只通过两端的锚固以及梁中的转向装置与梁体相连。是一种主动的加固方法。关键技术—新老混凝土的联结、传力构造、锚固装置体外预应力具有加固、卸荷、改变结构内力三重功效第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固改变原结构的内力分布；降低原结构应力水平；减少结构变形；裂缝宽度缩小、甚至闭合；显著提高承载力。第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固体外预应力加固技术作为结构加固最有效的手段之一，目前正广泛地应用于旧桥加固方面。体外预应力结构的概念最早产生于法国，体外预应力体系是后张预应力体系的重要的分支之一,是一种使用完全位于构件主体截面以外的预应力束来对构件施加预应力的结构体系。第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固体外预应力的优点1、简化预应力筋曲线，预应力筋仅在锚固处和转向处与结构相连，减小摩阻损失，提高预应力使用效率；2、预应力布置灵活，根据桥梁病害可以全桥加固也可以进行局部加固；3、锚固构件尺寸小，自重增加少，可有效的大幅提高结构承载能力；4、与原结构无粘结，应力变化值小，对结构受力有利；5、体外索可调可换，便于使用期间进行维护。第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固体外预应力的缺点1、体外索布置在截面外，防腐、保护相对较困难，易受外界影响；2、锚固及转向区域容易产生应力集中，局部应力大，对锚固施工要求高；3、体外索张拉力较小，不能充分发挥体外索强度高的优点，对锚具及夹片的要求很高；4、体外预应力筋的变形和混凝土的变形不一致，容易造成预应力损失。2第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固一、概况1.国外研究概况Ø1934年德国学者F.Dischiger的体外预应力技术取得了德国和法国专利Ø1936年世界上第一座体外预应力混凝土桥在德国建成，其比第一座体内预应力混凝土桥梁早一年建成第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固F.Dischinger设计，建于德国Aue的公路桥体外预应力混凝土第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固一、概况1.国外研究概况Ø从20世纪40年代到70年代，由于体外预应力钢束的防腐问题没有很好解决，发展规模远不如体内预应力混凝土桥梁Ø20世纪70年代末体外预应力混凝土桥梁才在法国和美国得到较大规模发展第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固一、概况1.国外研究概况Ø体外预应力混凝土桥梁再发展的原因：­加固和维修体内预应力和钢筋混凝土桥梁中得到了经验­斜拉桥的复兴促进了体外预应力钢束防腐技术发展­结构构造方式和节段施工法对体外预应力技术的要求­对体内预应力钢束防腐问题的再认识第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固LongKey桥的体外预应力体系（法国工程师Muller设计）逐跨预制节段施工的长桥第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固一、概况2.国内研究概况Ø我国大陆体外预应力混凝土桥梁从20世纪90年代开始发展起来，代表性的工程有：­2001年竣工的浏河大桥，为首次采用预制节段架桥机整跨拼装施工技术的体外预应力混凝土简支梁桥­2004年竣工的上海沪闵高架桥，为采用预制节段架桥机整跨拼装施工技术的体外预应力混凝土连续梁桥3第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固一、概况2.国内研究概况¬施工中的苏通长江大桥引桥，是采用预制节段架桥机悬臂拼装施工技术的体外预应力混凝土连续梁桥第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固一、概况2.国内研究概况Ø代表性的科研项目有：­1998年科技部技术攻关项目“山区公路高架桥新结构和施工方法研究”——节段施工体外预应力桥梁设计与施工技术研究­2002年交通部规范、标准编制项目“公路体外预应力混凝土桥梁设计指南”­2005年交通部西部交通建设科技项目“体外预应力桥梁设计施工技术研究”第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固一、概况3.体外预应力的优缺点Ø与传统预应力体系相比，具有以下优点：­体外预应力筋布置在构件截面以外，其灌浆质量和锈蚀状况便于检查，可以修补或更换；­由于体外预应力筋的变形与混凝土截面不协调，力筋的应力沿长度方向分布均匀，变化幅度小，由于应力变化引起的疲劳影响小；­可较大幅度地提高结构的承载能力和结构刚度­能够有效的控制原结构的裂缝和挠度，使裂缝部分或全部闭合，能够控制和调校体外索的应力。第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固一、概况3.体外预应力的优缺点Ø体外预应力结构亦有其自身的缺陷：­体外预应力筋无混凝土保护易遭火灾，并要限制自由长度以控制振动­转向和锚固装置因承受着巨大的纵、横向力，比较笨重­对于体外预应力结构，锚固失效则意味着预应力的丧失，所以锚具防腐要求高­承载极限状态下体外预应力结构的抗弯能力小于有粘结和无粘结预应力结构­体外预应力结构在极限状态下可能因延性不足而产生没有预兆的失效第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统Ø体外预应力系统由体外预应力筋、体外预应力筋的锚固系统、体外预应力筋转向装置，以及体外预应力筋的防腐系统组成第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统q体外预应力索构造Ø体外预应力筋及其防护统称为体外预应力索Ø体外预应力筋常采用钢绞线束，其中钢绞线可选用普通钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线和外包PE的单根无粘结钢绞线4第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造q体外预应力索构造Ø外护套主要起防腐作用，通常采用两种材料，即高密度聚乙烯（简称HDPE）管或钢管，但在锚固段和转向弯曲段一般均采用钢管；Ø钢管外护套较贵且本身有防腐的问题，故采用较少；HDPE管已被大量应用，但其与钢管的连接处必须保证密封性能良好；Ø为便于预应力筋内穿、检查、检测及更换钢绞线，外护套应做成可伸缩式的构造，并在各伸缩段的连接部位具有良好强度与密封性；第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造q体外预应力索构造Ø外护套与钢绞线束之间通常采用灌浆措施，灌浆材料分为刚性材料和非刚性材料。刚性材料通常为水泥浆，非刚性材料主要是油脂和石蜡；Ø水泥灌浆适用于体外预应力筋局部粘结（如体外预应力筋在转向和锚固段与梁体粘结），或完全无粘结的情况；Ø油脂和石蜡通常用在可更换的体外预应力系统中，以使体外预应力筋与梁体无粘结；第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造q体外预应力索构造Ø不管护套和灌浆材料如何选择，由单根无粘结钢绞线组成的体外预应力筋均能进行多次张拉；Ø如锚固和转向位置处采用双层管道，不管钢束是何种类型，都能达到拆卸或调换的要求；Ø如钢束在锚固及转向位置采用单层管道时，只能采用全无粘结构造和非刚性的灌浆材料，才能保证钢束在必要时能够拆卸和更换。第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统q体外预应力筋的锚固系统Ø体外预应力筋的锚具与其构造密切相关，有体外预应力筋可更换和不可更换两大类；第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统q体外预应力筋的锚固系统Ø体外预应力筋不可更换的锚具，一般用于体外预应力筋与梁体采用局部粘结的构造；体外预应力筋可更换的锚具，用于体外预应力筋能与梁体无粘结的构造；Ø可更换体外预应力筋的锚具，有钢绞线束无法放松和可放松两种类型；若不预留能够再次张拉的长度，钢绞线束是无法放松的；第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统q体外预应力筋的转向装置Ø体外预应力筋的转向装置由转向结构构造及转向器组成；Ø转向结构构造为混凝土结构的一个特殊部分。转向器为直接支承体外预应力筋的器件。5第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统q体外预应力筋的转向装置横隔板式、肋式、块式第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统q体外预应力筋的转向装置Ø同济OVM预应力研究中心通过对单根钢绞线可换式转向器研究，开发了性能更好的转向器产品，获得了国家实用专利，并已在国内体外预应力桥梁中推广使用。第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统q体外预应力系统的防腐与防护Ø体外预应力系统的防腐与防护，由钢绞线束的自身防腐、护套与灌浆料的保护，以及锚具的防腐与防护措施所组成；Ø钢绞线、外护套及灌浆料的选择，主要考虑环境条件和体外预应力索的暴露程度，如：通常处于干燥状态、通常处于潮湿的环境中、长期处于湿润或干湿交变的环境中，以及处于严重侵蚀性的恶劣环境中四种；第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统q体外预应力系统的防腐与防护Ø成品的单根无粘结钢绞线是钢绞线束自身防腐最有效的手段，其中环氧涂层无粘结钢绞线具有更好的防腐性能；Ø普通钢绞线的体外预应力索，外护套与内灌料都是至关重要，采用HDPE护套和灌水泥浆是最经济的；在HDPE管内灌油脂或石蜡是可靠的防腐措施，也便于钢绞线更换。第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造1.体外预应力系统q体外预应力系统的防腐与防护Ø不管护套内采用何种灌注料，锚具的喇叭管、延伸管内均需灌料，这是钢绞线防腐的关键部分；Ø如体外预应力筋采用无粘结构造，则用油脂或其它非硬固性材料填充喇叭管及延伸管，以便拆卸更换；Ø在锚具的锚板外侧也应设置防护罩，并灌注防腐料。第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造2.体外预应力筋的定位与减振q体外预应力筋的定位装置Ø为了减少体外预应力的二次效应，应对体外预应力筋设置定位构造，以限制其发生相对梁体的横向位移；Ø定位装置由定位结构构造和定位器组成，两者的具体形式可参照转向装置；Ø在考虑构造标准化等要求等的情况下，定位结构构造之间或定位与转向结构构造之间的距离，一般可取不大于8m的间距，并设置在梁体挠曲最大的位置；6第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固二、体外预应力系统构造2.体外预应力筋的定位与减振q体外预应力筋的减振装置Ø体外预应力筋的振动，会在转向和锚固构造处产生附加弯曲应力，并影响到锚具夹片，从而降低钢绞线的疲劳强度。为了克服振动不利影响，应设置减振装置；第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固三、体外预应力施加方法ü下撑式预应力拉杆加固法ü横向收紧张拉法ü纵向张拉法ü组合式预应力补强拉杆加固法ü竖向顶撑张拉法ü体外预应力钢丝束加固法第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固三、体外预应力施加方法ü下撑式预应力拉杆加固法ü横向收紧张拉法ü纵向张拉法ü组合式预应力补强拉杆加固法ü竖向顶撑张拉法ü体外预应力钢丝束加固法第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固三、体外预应力施加方法ü下撑式预应力拉杆加固法ü横向收紧张拉法ü纵向张拉法ü组合式预应力补强拉杆加固法ü竖向顶撑张拉法ü体外预应力钢丝束加固法第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固体外索加固体系第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固(1)千斤顶张拉法：用千斤顶在预应力筋的顶端进行张拉并锚固的方法，由于在梁端放置千斤顶较为困难，因此不易实现。(2)横向收紧法：其原理是在加固筋两端被锚固的情况下，利用测力扳手和螺栓等简易工具迫使加固筋由直变曲产生拉伸应变，从而在加固筋中建立预应力。(3)竖向张拉法：人工竖向张拉法和千斤顶竖向张拉法两种。(4)电热张拉法：其工艺为：对加固筋通低电压的大电流，使其发热伸长，伸长值达到要求后切断电流，并将两端锚固。体外预应力筋主要张拉方法7第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固梁顶锚固端构造（上锚固端侧视）第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固钢销锚固构造第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固摩擦－粘结锚固构造第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固第3章体外预应力加固第3章体外预应