公路桥梁工程中预应力混凝土桥梁的检测与加固

田永安

摘 要:本文主要根据公路桥梁工程中预应力混凝土桥梁所产生的问题,分析预应力桥梁产生的问题,介绍公路桥梁工程中预应力混凝土桥梁的检测技术及方法,并提出相应的加固措施。

关键词:预应力混凝土桥梁检测加固

中图分类号:U445 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)06(b)-0108-01

1 预应力混凝土桥梁所产生的问题

近年来,人们发现我国预应力混凝土桥梁经常会因为施工的因素而产生裂缝,而难以达到工程设计要求,进而影响桥梁的正常使用功能,还发现在国内外建成的预应力桥上都存在类似的问题。因此国内外桥梁工程专家都在针对这一问题进行科学的研究分析,希望找到合理科学有效的技术方法。而关键是裂缝的性质、桥梁工作状况和承载能力决定了裂缝的处理方法。因此裂缝的成因分析和对结构影响程度分析对预应力结构桥梁裂缝的处理方法起着至关重要的作用。

2 预应力混凝土桥梁的检测

2.1 在役预应力混凝土预应力局部破损检测技术

局部破损检测是利用仪器对构件局部进行损伤探测,根据所获取的数据,分析判定构件破损性能的检测手段。局部破损检测法主要包括预应力筋直接检测技术和应力释放法。

a)预应力筋直接检测技术:在预应力筋上布置传感器,可通过传感器直接测量预应力钢筋和混凝土构件的应力状态。目前粘贴光纤光栅传感器已得到广泛的应用,同时我们还需要对传感器的复合工艺进行研究,以减少孔道中因摩擦和挤压所造成的数据失真的影响。

b)应力释放法:它是通过机械切割将约束产生的应力释放的最为适用的检测方法之一。应力释放法最早应用在测量结构构件的残余应力,通过测量构件分割前后的位移和应变,再经换算成应力。其基本原理是对有初始约束应力的测试构件,采用机械切割的方法使约束产生的应力被释放根据测试切割前后构件的应变的变化关系,通过分析得到构件应力状态。

2.2 检测方法

a)电磁效应检测法:电磁效应检测可以分为涡流、测漏磁和磁粉检测,它是根据相关磁场变化的原理进行细致分析和检测。研究发现,它是利用磁通量泄漏原理检测预应力筋的预应力损失。当应力大小发生变化时,由于物体体积伸缩变化引起磁通路面积发生变化,进而引起中磁通量的变化,致使磁感应器线圈中感应电流大小也随之发生变化,由此变化间接地反应出桥梁结构内预应力的变化。人们就是利用这一原理来检测应力变化的,它的最大优点就是检测速度快,及时的发现应力变化,实现远距离的非接触测量,但它的测试结果容易受很多方面因素的影响,可靠度和精度难以达到要求的目标,而且很难标定测量值。并且它对材质较敏感,只能用于铁磁材料。电磁效应法是通过外部提供磁场实现工作的,这就容易导致不得不利用笨重的设备,再加上能源浪费,磁化不均匀、剩磁和磁污染等问题不断。这决定了它不能在工程中得到广泛的应用。

b)超声波检测法:超声波法用于非破损检测技术,利用超声波在混凝土中的传递过程,获得物体内部具体信息的一种检测方法。由于混凝土组成颗粒小、密度大、密度分布较为均匀,所以声波能均匀地传播,大量实验证明,混凝土的波速与混凝土抗压强度有正相关关系,混凝土的声波速度可以作为评价混凝土抗压强度与密实度的定量指标,从而达到对其内部缺陷及其位置等准确检测的目的。通过超声波技术检测,对掌握预应力桥梁混凝土裂缝深度,耐久性诊断和研究修补、加固对策有重要意义。测定裂缝深度,基本上都是将发射探头和接收探头布置在混凝土同一面上的裂缝附近,但由于所选用的波形种类和声学参数的不同,如成像图中红色部分表示质量好,黄色为较好,深蓝为混凝土不密实,有质量问题。

3 预应力混凝土桥梁的加固

3.1 直接加固

预应力混凝土桥梁直接加固方法是粘钢加固法,它是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘贴混凝土钢板,使之紧密结合,以达到提高混凝土承载力的一种粘贴加固法。它是建筑工程中混凝土结构工程中专用高效高能加固胶,它粘结力强,耐老化性能好,弹性模量高,加大截面加固。在钢筋混凝土受弯构件受压区可以通过增加截面受压区有效高度,扩大截面面积,添加混凝土现浇层,从而提高构件正截面抗弯承载力和斜截面抗剪承载能力,改善受弯承载力和截面刚度,以达到加固补强结构的作用。增加截面加固法从设计构造方面出发,合理解决预应力桥梁混凝土新加部分与原有部分的共同受力的问题,以实现受力平衡。通过大量科学研究实验证明,加固混凝土结构在受各种复合力作用过程中,桥梁截面结合面会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应力共同作用,而剪应力和拉应力的作用更为明显。在弹性阶段,结合面两边新旧混凝土的粘结力度主要有剪应力和法向拉应力两部分组成;当混凝土截面开裂后或达到极限状态时,截面可通过锚固钢筋或锚固螺栓所产生的被动剪切摩擦力实现力的有效传递。

3.2 间接加固

预应力加固法是通过采用预应力钢钢绞线拉杆或型钢撑杆对预应力混凝土结构进行加固的有效加固方法,通过预应力钢筋,改变了原结构内部应力分布情况,致使消除一般加固结构中应力应变滞后现象,使后加部分的应力和原结构能共同工作,有效提高结构的承载能力,减少结构的变形、裂缝宽度,起到加固结构的功能。

预应力水平拉杆之所以能达到加固的混凝土受弯构件的效果,关键在于预应力和新增外部作用荷载的共同作用下,拉杆受拉产生轴向力,该力通过杆端锚固节点有效的传递到构件上,致使混凝土构件产生偏心受压作用,并克服部分外荷载产生的弯矩,有效减少了外荷载作用效果,从而有效提高了混凝土构件的抗弯承载能力。同时,由于拉杆的压力作用,致使有效的缓解、控制构件裂缝的发展,提高了预应力构件的斜截面抗剪承载力。因此,加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。

4 结语

通过对我国现今预应力桥梁预应力检测方法和技术的比较表明,只有通过部分区域的局部破损检测和大范围的无损检测方法相结合的原则,才能改善和提高桥梁预应力的持久应力的高精度有效测试。同时,也可以通过在预应力钢筋中埋设智能傳感器的方法,对在役预应力混凝土桥梁的持久应力进行长期监测,及时发现问题,解决问题。当出现预应力混凝土桥梁裂缝时,我们要正确分析裂缝成因,并对结构工作状态和承载能力的影响程度做出科学的分析判断,及时有效的提出安全、适用、经济、科学的加固处理措施。

参考文献

[1] 章凯.预应力混凝土桥梁的裂缝检测及加固[J].山西建筑,2007.