基于流美大桥的体外预应力加固成套技术及应用研究
来源:成果转化处、省对外科技交流中心 时间:2020-04-01 16:59

  一、技术经济指标

  1、主要技术指标

  (1)适合T梁和空心板等常规简支体系结构的锚固和转向装置,取得实用新型和发明专利;

  (2)体外预应力损失分析修正公式;

  (3)形成简支梁体外预应力加固成套技术和实施指南;

  (4)成功开展体外预应力技术加固工程实践。

  2、经济社会效益

  (1)成功加固桥梁结构,确保桥梁安全运营,具备重要的社会和经济效益;

  (2)完善了体外预应力加固体系;

  (3)促进了体外预应力主动加固技术的推广,为该类加固提供了参考和技术指南。

  二、成果应用前景、应用范围及经济、社会效益预测

  (1)全国目前各类桥梁总计大约有70余万座,其中大约2%的桥梁急需加固改造,每年新增改造的桥梁数量庞大,体外预应力主动加固技术较被动加固法具有显著优势,应用市场广阔;

  (2)体外预应力可以应用到大多数需要加固的场合,在房屋建筑等结构中也可以得到应用。随着材料性能、防腐措施和加固成套技术的改善,应用前景可预期。

  三、研究总结结论与成果

  1、 研究总结

  (1)体外预应力加固RC简支梁从加载到破坏的全过程经历了混凝土开裂前的弹性工作阶段、混凝土开裂后的弹性工作阶段以及非线性阶段,其弯曲性能与破坏形式和体内预应力混凝土梁相类似。最终得到的荷载-跨中位移曲线与荷载-体外预应力筋应力曲线走向相一致。

  (2)张拉控制应力越大,被加固梁开裂荷载越大;张拉控制应力大的梁的极限承载力也大,在体外预应力加固RC简支梁中,当达到极限状态时,体外索的应力并未达到抗拉极限强度,并且不同的张拉控制应力梁到达极限状态时体外索的应力也不同,这导致体外预应力混凝土简支梁的极限承载力不同。

  (3)束高越大,被加固梁的开裂荷载与极限荷载越大,跨中挠度越大,钢绞线应力增量越大,但束高增大到一定程度时,其二次效应较为明显,对梁体承载能力的增大效应有所削弱,甚至不会增大其承载力,跨中最大挠度相应会降低,建议束高不超过梁高的2/5。

  (4)相比于改变张拉控制应力,束高的变化对梁体承载能力的影响及钢绞线应力增量的影响更加显著。

  (5)相比粘贴钢板或碳纤维加固,体外预应力的加固效果是显而易见的,它不仅可以提高正截面和斜截面的承载力,显著提高原梁的极限承载力与刚度,改善梁的延性,使梁体塑性发展更加充分,而且对扼制裂缝的开展和促进裂缝闭合是其他加固法无法做到的,此外,还可通过控制张拉力的大小适当调整主梁内力分布,以达到较理想状态。体外预应力加固属于主动加固法,施工期间对桥面交通影响较小,体外预应力技术在旧桥结构的改造与加固领域将有很大的发挥空间。

  2、研究成果

  (1)丰富了体外预应力加固设计理论。在对体外预应力加固RC梁正截面和斜截面承载力分析的基础上,计入了二阶效应影响下的梁体形变分析;从理论上探讨了体外索自由长度设置问题;同时基于试验和数值分析,详细研究了RC梁体外预应力加固下梁体裂缝发展、开裂载荷、屈服载荷、极限荷载以及截面应变和变形发展全过程力学特性;

  (2)详细探讨了简支梁体外预应力加固理论束界体系,为该类结构体外预应力加固的合理布束提供了理论依据和快速手段;

  (3)探讨了体外预应力加固体外索锚固和转向局部承压问题,基于详细数值模型,深入研究了锚固及转向应力分布,为锚固和转向装置的设置以及布置奠定了理论基础,为体外预应力加固设计提供技术路线;

  (4)提出了方便锚固和转向的高效体外预应力加固装置,并分别申请了相应专利。大大丰富了体外预应力加固技术体系和成套技术;

  (5)工程实际应用表明,即便体外预应力加固技术还存有亟待完善之处,但在现有加固技术中,在提高结构承载力,确保结构安全方面,以及施工的便利性上,体外预应力加固技术具有独到的优势。

  本项目研究过程中,取得如下研究成果:

  (1)专利3项:① 一种齿板式桥梁体外预应力钢索转向器(专利号:ZL 2015 2 0424733.8)② 一种夹板式体外预应力钢索锚固装置(专利号:ZL 2014 2 0035700.X)③ 一种顶托式弧形钢板体外预应力钢索转向器(专利号:ZL 2014 1 0024959.9)

  (2)论文2篇:①张军凌; 周文玮; 高荣雄; 张忠; 乐颖; 李凤阳. 基于体外预应力加固的简支梁束界研究[J],土木工程与管理学报,录用.②高荣雄;吴国俱; 乐颖; 高泽宇; 杨金才. 不同初始状态下体外预应力加固的RC梁受力性能试验研究[J],中国公路学报,录用.

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