体外预应力加固桥梁结构的转向装置

体外预应力加固桥梁结构的转向装置

目前桥梁结构的加固，有主动加固和被动加固。通常的对裂缝进行处理后在粘贴附加物（钢板、碳纤维，有人戏称“狗皮膏药”）为被动加固；而体外预应力则属于主动加固。
1 体外预应力加固桥梁的使用条件：
（1） 使用荷载下，原受弯构件抗弯、抗剪强度不足，或刚度不足，裂缝过多、过宽；
（2） 使用荷载下，大偏心受拉或受压构件，受拉裂缝过多、过宽，施加预压力后应能保证受压构件的稳定性要求；
（3） 改善结构控制截面的受力状况及变形，较大提高构件的承载力；
（4） 在一定条件下提高桥梁的荷载等级或作为重车过桥的临时加固手段。
2 体外预应力加固中转向装置的设计
转向装置是体外配筋结构中重要的构造部分之一，它将正确地保证体外筋的形状，牢靠地将力筋的分力传递到该处梁的整个断面上。
转向装置的常用形式有：滑块式、U形承托式、横隔板式、肋板式、块式。其中前两种主要用于T形梁或I字梁桥的加固，后三种主要用于箱梁的加固。
滑块：主要由厚钢板焊接而成，具体构造及滑动面的处理可参照相关手册资料进行。设计时，重点验算焊缝强度。
U形承托：主要由U形钢板、钢垫板、承板及锚栓组成，设计时主要验算混凝土端部的局部承压强度。
对于横隔板、肋板和块式转向装置，前两种的特点是：从力筋导管上方到桥面的横隔板形成受压支柱，主要靠支柱承压形式承受力筋的垂直分力，承载能力大。采用新增混凝土横隔板时，板的四周新旧混凝土连接部分要处理牢靠，需要临时中断交通养护混凝土，采用新增钢构件横隔板，则无需中断交通。块式的特点是：重量较小，块的上方不能形成受压支柱，属钢筋受拉型。上述三种转向装置都要设符合起弯角度带喇叭口的弧形钢导管。
3转向装置的构造
转向装置的纵向尺寸由鞍座或导管弧面最小曲率半径、箍筋根数及间距、构造及最小保护层来决定。体外筋的起弯角度一般不宜超过15°，但旧桥加固中，有时会受其他条件的限制，有一定程度超过。横向尺寸由力筋的外径、横向排列布置、水平抗剪和保护层来决定。为尽可能减小底板与腹板处的偏心弯矩，力筋导管必须靠近腹板布置，特别对转向块尤为重要。根据国外实践经验，导管水平及竖向净距不应小于管道直径，且不小于4cm，导管离侧面自由边的净距在（7.5~10）cm，离底板净距在（2.5~5）cm之间为宜。对受拉型的转向块，箍筋可采用单层或双层布置，对支柱受压型，箍筋只需采用单层布置。
对于受拉型的转向块，内层及外层箍筋的下端焊接与锚栓上形成闭口箍筋。箍筋直径在（12~16）mm为宜，纵向间距（10~15）cm为宜。
内层箍筋围住各根筋束孔道，与导管的最小净距为2.5cm。外层箍筋围住所有内层箍筋，净保护层厚约（4~6）cm，与内层箍筋的竖向竖直方向间距不少于5cm。内外层箍筋的尺寸由导管曲率、外径、间距，以及箍筋本身的间距、锚固长度等决定。不管设单层或双层箍筋，所有箍筋的下部均与锚栓焊接，并满足焊缝长度要求，与混凝土底板下的钢垫板形成封闭箍筋。锚栓数量由箍筋数量决定，直径约为20mm。首先需在地板上避开主筋钻孔，锚栓穿出底板后锚固在粘贴与混凝土底板下的钢垫板上，再往孔隙中灌注环氧树脂固结螺栓。钢垫板厚约（8~12）mm，平面尺寸比转向装置稍大些。所有新旧混凝土结合面需凿毛、植筋等处理。转向装置内的纵向箍筋数量和位置可按构造要求设置。
柳州OVM机械股份有限公司2007年颁布的企业标准，对于钢绞线成品索转向装置的最小弯曲半径如下表。
 
加固
补遗：体外预应力加固结构的承载能力计算。
体外预应力加固结构，可以改善结构的受力状况，提高结构的承载能力。然而，体外预应力实属无粘结预应力筋，在其破坏阶段，力筋的应变并不像钢筋混凝土和有粘结预应力混凝土那样满足应变协调的假定。由于体外无粘结，在外荷载下，锚固块和转向块之间以及转向块和转向块之间的力筋应变保持一致。实践证明，在无粘结预应力结构破坏时，力筋的应变尚未达到其屈服应变。由此看来，在计算承载能力时，不能像有粘结预应力结构一样用其设计强度来计算，而应该根据其实际的应变来计算。对于无粘结筋的极限应变的计算各国规范也不尽相同，但其表达式大同小异，即无粘结筋的极限应力为其有效应力和在极限荷载下的应力增量的和。德国规范归于应力增量的规定如下：单跨梁110MPa，悬臂梁50MPa，连续梁则不考虑应力增量。
补遗：2011-05-27
以上时华南理工单成林老师的一些观点，湖南大学邵旭东老师关于体外预应力加固桥梁有如下观点（桥梁设计百问第二版）：
体外预应力加固法主要用于梁式桥正常使用极限状态超限的情形，通过对旧桥施加体外预应力，能够起到较小或消除裂缝，较小梁体下挠、改善结构各截面应力状态的目的。
由于体外预应力筋与原结构混凝土之间没有可靠粘结，结构在开裂后预应力筋的应力增量很小，因而体外预应力对提高桥梁的承载能力几乎没有影响。
疑问：用体外索加固后，梁体破坏后，虽体外索的应力增量很小，但不至于达到体外索内的应力为零地步，那么体外索中的应力对结构的承载能力还是有贡献。邵老师的观点，我猜测是这样：这个承载能力的没有影响时相对于考虑体外索应力的截面承载力的，这有别于体内有粘结索。因为体内有粘结索扣除应力损失后，有效应力一般都小于设计强度，但是到破坏阶段时，其应力可以达到设计强度，那么承载能力相对于以有效应力计算的承载力有所提高。如果这样理解没有问题，那么两位老师的观点就统一了。