工程鉴定与加固论文.doc

徐州工程学院建筑工程鉴定与加固论文徐州工程学院姓名李德虎学号班级房建班专业建筑工程技术日起浅谈我国体外预应技术在工程加固中的应用及发展前景李德虎摘要本文简述了体外预应力技术的概念探讨了体外预应力技术的发展及在加固工程中的应用论述了体外预应力的施设计研究与施工技术以及优越性与局限证明了该技术的价值并对体外预应力技术在我国的应用前景作了一些展望关键词体外预应力技术工程加固应用及发展体外预应力结构的概念体外预应力技术是指将预应力筋布置在结构构件的截面之外与体内无粘结预应力技术相对而言的预应力技术是后张法预应力体系中一个重要分支体外预应力结构一般由预应力筋管道防腐材料转向块锚固系统等部件组成如图体外预应力的概念和方法最早产生于法国年和在美国的佛罗里达建造了第一座体外预应力混凝土桥桥体外预应力是指对布置于承载结构本体之外的钢束张拉而产生的预应力体外预应力结构是现代预应力结构体系的一个新兴分支可用于各类新建重建改造加固工程近年来成为预应力技术发展的热点体外预应力技术经过余年的发展和工程应用目前已形成有粘结体外预应力和无粘徐州工程学院结体外预应力两种应用体系二者防腐体系不同有粘结体外预应力体系是指体外筋与外包管道防腐材料间存在粘结应力的体系如预应力筋张拉后向体外筋的外包管道内灌入水泥浆使力筋与水泥胶体粘结在一起灌浆后不宜再调整力筋应力但由于这种体系比较经济目前在我国桥梁加固工程中应用较多无粘结体外预应力体系预应力束与防腐材料间不存在粘结作用这种体系防腐性能可靠力筋应力可以调整甚至可以更换预应力筋这种体系国外应用较多而工程采用哪一种体外预应力体系应根据其设计使用要求所处环境条件及经济性等综合考虑体外预应力技术的发展及在加固工程中的应用结构的加固改造修复是一项在工程上普遍应用的技术混凝土构件因设计失误施工错误材质不符合要求或因结构负荷增加使用功能的改变或因地震火灾使结构或构件遭到损害只要存在有修复的价值都可以找到补救的办法传统的结构修复加固技术很多但是由于预应力技术的发展及其加固后取得的良好综合经济效益使得运用体外预应力技术进行加固的工程越来越多近年来我国预应力技术发展迅速与国外的差距正在缩小迄今为止包括东南大学在内的国内科研设计单位和高等院校已对这类结构开展了卓有成效的科学研究取得了一批研究成果这些成果在多项重大有影响的工程中得到应用产生了良好的社会和经济效益如年建成的丹阳云阳大桥的系杆及吊杆均采用体外预应力筋年建成的汕头海湾大桥预应力混凝土加劲梁的底板预应力束采用了无粘结体外钢束汕头海湾大桥悬索桥跨径梁截面采用混合式配筋方式纵向布置有体外束钢绞线目前在建设节约型社会的大环境下采用新技术新的施工方法取得良好的经济效益和社会效益已成为现在和未来提高竞争力的关键因素尽管体外预应力结构的钢束用量比体内预应力结构的要多但由于体外预应力结构减轻了占恒载较大比重的箱梁腹板尺寸节约了混凝土的用量同时上部结构重量的减轻也导致了下部结构工程量的节省尤其是建造基础花费的费用得到大幅度的降低更重要的是综合考虑其施工方法及其所耗用材料施工速度管理费用以及成桥后的维护费用能真正反映采用体外预应力技术的经济性特别是对于建设设计和施工为一体的总承包集团公司施工方法的简便施工速度的加快施工质量的容易控制可使施工管理更为有效现在我国随着经济的快速发展城市规模的扩大许多旧有建筑物已不能满足当前使用功能要求这就需要进行加固处理而采用体外预应力这一加固技术能获得良好的经济效益这就要求对体外预应力技术进行更多更深入的研究推动体外预应力加固技术的应用和发展为建设节约型社会做出应有的贡献体外预应力设计研究及施工技术体外预应力设计研究概况混合配筋的体外预应力结构的受弯性能国内外作了大量的理论分析和试验研究由于影响体外预应力梁受弯承载力的因素太多如梁的结构形式截面类型梁的跨高比预应力筋及非预应力筋的配筋率力筋布置线型转向块处的粘结滑移二次效应等原因的影响使得准确确定其承载力非常困难所谓的二次效应是指体外预应力梁在外荷载作用下发生变形时相邻锚具或转向块之间体外预应力筋的偏心距会发生变化致使体外预应力筋的有效偏心距减小降低其承载力体外预应力筋在转向块处粘结摩擦力对提高受力构件的极限承载力是有利的在其他条件相同的情况下极限承载力的大小顺序为全固结大于粘结滑移粘结滑移大于全滑移此外体外预应力设计困难在于荷载作用下由于预应力筋与受力构件之间可以发生滑动预应力筋应力增量不能由单个截面的应变相容来确定而与整个结构的变形协调活载作用下体外束振动的影响体外束合理的自由长度等有关基于上述原因体外预应力结构的精确计算要考虑材料的非线性因素体外束偏心距变化引起的二次影响轴力二次距徐州工程学院的影响及体外索垂度的影响另外还有转向块处的摩擦滑动对体外预应力筋应力增量计算的影响考虑上述几种影响的有限元方法能得到满足精度的数值解目前国内外研究者只提出了一些体外预应力梁的分析模型运用大型有限元软件等进行仿真模拟计算随着跨高比的增长对二次效应影响也逐步加剧跨高比为和时没有什么影响随着自由长度的增加对二次效应的影响也逐步加剧高的跨高比导致更大的变形降低单元刚度及受弯承载力运用应用三维非线性单元进行分析考虑了预应力大小预应力配筋率及力筋布置方式的影响虽然这些研究成果极大的丰富了体外预应力结构的理论体系但是现有的计算模型存在精度不高适用范围小建模复杂等问题还有待于进一步研究和解决目前还没有一个具有较高精度且比较简便实用的体外预应力筋极限应力的公式体外预应力技术的许多方面设计还借鉴着体内无粘结预应力的理论公式从抗弯性能分析和设计的角度讲当忽略不计体外预应力筋的二次效应及转向块处的摩擦力体外预应力筋按无粘结预应力筋来处理是合理的体外预应力施工技术体外预力施工技术主要体现在桥梁大跨度屋盖结构大跨度混凝土梁和钢结构及组合结构施工中与各种传统的方法相结合形成了许多新颖高效的施工方法如体外预应力预制节段或现浇梁板逐跨施工工法体外预应力悬臂施工法体外预应力节段顶推工法等其中节段施工节段间有接缝的体外预应力桥梁在主梁的节段间存在接缝所配置的普通钢筋在接缝处被断开其力学性能在很大程度上受到接缝的影响同时接缝也削弱了主梁的抗弯刚度极限荷载下接缝处的刚性转动是影响节段施工体外预应力结构力学性能的关键因素桥梁体外预应力技术的应用施工方法对预应力筋偏心距损失几乎没有什么影响偏心距损失随着预应力筋的自由长度相邻转向块之间距离的增加而迅速增加张拉预应力筋的施工方法有多种常用的是通过千斤顶张拉锚具锚固的方法来建立预应力由于巨大的预应力是靠锚具传递因此对锚具要求很高必须采用类锚具对于预应力钢结构与组合结构的构件断面及锚固区域与钢筋混凝土结构比要小而预应力都相对大些使体积较大的大吨位张拉设备往往无法使用类锚具工程经验表明利用小吨位张拉设备分阶段分批张拉往往是可行的但应注意预应力损失的计算重要工程项目应做施工模拟以确定分批张拉顺序控制力的大小体外预应力结构的优越性与局限预应力混凝土与普通混凝土相比有许多优点体外预应力结构作为预应力结构的一个分支继承了这些优点如提高了构件的抗裂度与抗渗性改变了结构的受力性能提高了构件的刚度减小了构件的变形可以减小混凝土梁的剪力和主拉应力结构安全质量可靠提高受剪承载力改善卸载后的恢复能力提高耐疲劳强度可调整结构内力节约材料降低造价扩大钢筋混凝土应用范围增强结构耐久性提高结构稳定性可作为拼装手段有利于构件工厂化徐州工程学院除此之外体外预应力与传统预应力体系比较而言还具有自身许多优点首先由于体外预应力筋布置在混凝土构件截面以外其灌浆质量和锈蚀状况便于检查如有必要可以修补或更换张拉后的实际应力可以用预埋传感器或是便携仪器进行检测若未到达设计要求可用千斤顶补张拉以达到预期的设计效果其次除端部锚固区和转向块力筋与结构无接触减少了由于管道偏差引起的预应力摩擦损失第三预应力筋套管的布置调整容易并简化了后张拉操作从而大大缩短了施工时间对工程经济效益有积极影响第四构件内部不考虑预应力筋的布设体外预应力对混凝土而言可以明确作为外部作用混凝土部分的设计计算构造和施工基本上按普通混凝土构件要求进行可有效减小截面尺寸保证施工质量当混凝土受拉出现裂缝时也不会影响预应力筋的防护第五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此外体外预应力技术的适用范围非常广泛既可用于预应力混凝土桥梁特别是采用节段施工的桥梁特种结构和建筑工程结构等新建结构结构中无法放置预应力筋的结构如钢结构复合结构等用于临时预应力混凝土结构施工临时性钢索还可以用于即有钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的维修加固用于加固工程可以提高构件的抗弯甚至抗剪能力是一种主动加固方式体外预应力结构体系的诸多优点使得其发展和应用已成为现代预应力结构技术的重大发展和新技术标志之一体外预应力混凝土结构的缺陷主要有体外预应力筋无混凝土保护容易遭受火灾和腐蚀并应限制自由长度以控制振动转向和锚固装置因承受着纵横向力而特别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极限承载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在开裂荷载和极限荷载作用下应力不能仅按最不利截面来估算极限状态下可能因延性不足而产生没有预兆的失效随着结构形式预应力材料和设备的不断发展体外预应力技术将逐渐克服缺陷体现更大的优越性应用前景分析应用意义近年来我国预应力技术发展迅速预应力混凝土结构技术已经成熟目前在桥梁建设中占很大比重的中小桥的竞争日趋激烈应用新技术新的施工方法取得良好的经济效益和社会效益已成为现在和未来提高竞争力的关键因素尽管体外预应力结构的钢束用量比体内预应力结构的要多但由于体外预应力结构减轻了占恒载较大比重的箱梁腹板尺寸节约了混凝土的用量同时上部结构重量的减轻也导致了下部结构工程量的节省更重要的是施工方法及其所耗用材料施工速度管理费用以及成桥后的维护费用能真正反映其经济性相对于上述因素组成的结构整体费用预应力钢束材料用量稍多一些但其影响非常小特别是对于建设设计和施工为一体的总承包集团公司施工方法的简便施工速度的加快施工质量的容易控制可使施工管理更为有效我国城市桥梁基本上采用左右的空心板梁或满堂脚手架的现浇箱梁两种形式前者跨径较小后者需要大量的施工费用在人口密集和交通组织困难的城市高架公路和轻轨干线中的长桥采用逐跨预制节段施工的体外预应力结构跨径一般采用增大了空心板梁的跨径从而减少了其下部结构的工程量对连续梁则无须脚手架省去了大量施工费用同时体外预应力的应用最大限度地发挥了节段施工的优点采用预制节块组拼上部结构的徐州工程学院预制与下部结构的施工同时进行节块间采用接缝速度快捷施工方便保证了施工质量与施工工期成桥后可方便地进行检测和维护体外预应力钢束能较明确地掌握桥梁的使用情况节约了后期费用采用体外预应力的逐跨施工法对周围环境的影响仅局限在桥墩位置及正在施工的一个跨径范围内施工场地清洁减少城市建筑污染对现有交通影响小预制块件运输方便这对于城市高架道路和轻轨交通有着重要意义在其他桥梁中采用体外预应力技术所带来的新型结构体系既展示了我国桥梁建设上的新成就同时也增强了我国桥梁建设在国际上的竞争力主要应用方面波形钢腹板组合箱梁减轻大跨度桥梁结构的混凝土重量是桥梁结构技术革新的一个重要组成部分法国首先提出用平面钢板代替箱形截面混凝土腹板通过箱形截面内预应力筋施加预应力作用大大减轻了自重然而混凝土收缩徐变引起的变形协调问题会造成上下翼板混凝土的有效预应力显著减少而钢腹板内压应力增加为了经济有效地解决这种预应力向钢腹板转移的问题在平面钢腹板组合箱梁的基础上产生了波形钢腹板组合箱梁这种结构形式的腹板沿轴向呈波形这种折叠状的形式受到轴向预压应力时可自由压缩因而可较好地解决预应力转移的问题波形钢腹板组合箱梁的结构特点是能较大地降低材料用量和造价工程对比计算表明与预应力混凝土箱梁相比波形钢腹板组合箱梁的混凝土减少纵向钢筋减少普通钢筋减少由于不需要混凝土模板相应减少了钢筋和模板的操作工期充分利用了混凝土抗压及波形钢腹板质轻抗剪强度高等特点加之又采用了体外预应力索免除了在混凝土腹板内预埋管道的复杂工艺减少了预应力钢筋用量与过去的传统结构相比波形钢腹板组合箱梁的结构更加合理具有十分广阔的应用前景目前在法国已建成了座波形钢腹板式组合箱梁桥取得了较好的效益但国内在波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁方面的研究成果还很少在工程实践上还是空白体外预应力加固有桥梁旧桥加固是当前桥梁工程界一个非常紧迫的任务体外预应力加固法具有能够较大幅度地提高旧桥的承载力不中断或不限制交通不影响桥下净空所需设备简单人力投入少施工工期短经济效益明显等优点随着近年来结构建设的不断发展体外预应力加固技术广泛应用于大中跨的各种类型桥梁如预应力混凝土连续梁桥预应力混凝土形刚构钢管混凝土系杆拱桥等采用体外预应力加固法提高结构构件的受弯承载力预应力筋布置应符合优化布置原则即加固筋外形与外荷载产生的弯矩图形相似体外筋的灵活布置可以有效地补强加固不同受力情况的简支梁和连续梁采用后张的附加预应力钢筋可以提高梁的剪切强度预应力钢筋可以加在垂直和倾斜方向上体外预应力索的防腐技术体外预应力技术在早期由于体外索的防腐问题尚未解决致使桥梁的维修养护费用很高从而阻碍了体外预应力桥梁的发展多年来体外索的防腐措施有了较大改进国内外目前常用的防腐方法有以下几种无套管钢束表面防腐法即在裸露的预应力束上镀锌和涂环氧树脂这类方法适用于干燥周围无腐蚀性气体的环境套管加填充材料防腐法此法是在索的外面加套管待张拉完预应力筋后在套管内压注填充材料套管常用钢管和高密度聚乙烯管填充材料常用水泥浆或黄油石蜡等软材料徐州工程学院采用单股无粘结钢绞线或钢丝束这种方法是直接用工厂生产的单股无粘结预应力筋作体外束靠无粘结筋的套管和填充料防腐结语国内外实践表明在对既有混凝土及钢结构的重建加固及维修中体外预应力技术加固方法施工简单易行能使受损工程结构恢复其原有的技术功能或通过改变结构的传力途径而减少构件的荷载效应或在已有结构的基础上提高结构的承载能力以满足新的承载条件和使用功能的要求建议从桥梁试验设计和施工方法计算程序编制结构加固和新材料的应用等方面深入研究以为体外预应力桥梁技术在国内的推广应用打下坚实的基础参考文献舒赣平吕志涛预应力钢结构与组合结构的应用和发展工业建筑郭晓龙浅谈体外预应技术在我国的应用前景广东公路交通罗伟桥梁加固技术综述黑龙江交通科技廖放明李德慧王国安体外预应力技术及其在桥梁工程中的应用综述中外公路梁晓飞罗建荣体外预应力混凝土结构研究进展山西建筑孙宝俊周国华体外预应力结构技术及应用综述东南大学学报自然科学版李国平预应力混凝土结构设计原理北京人民交通出版社徐栋项海帆体外预应力桥梁的力学性能及其影响因素分析桥梁建设朱剑平无粘结体外预应力混凝土桥梁技术的发展铁道建筑李晨光刘航体外预应力技术在工程加固改造中的应用施工技术邱青云童顺军体外预应力混凝土桥梁的发展现状及探讨铁道标准设计作者简介李德虎男徐州工程学院在读学生