体外预应力技术在旧桥加固中的应用综述

摘要：近年来，随着经济的飞速发展，多种重型大货车在公路上运行，给原本就不堪重负的旧桥带来了危害。如何提高其承载力，做好旧桥、危桥的加固维修，确保运输的安全已是摆在我们面前的一项重要课题。鉴于此，笔者根据多年工作经验对体外预应力技术在旧桥梁上的加固进行阐述。以供同仁参考。

关键词：体外预应力技术；旧桥加固；应用；

中图分类号： U457+.3 文献标识码： A 文章编号：

一、体外预应力技术在旧桥加固的原理

桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力，以延长其使用年限，适应现代交通运输的要求。通过设置一定的联结构件使预应力拉杆(钢丝索或粗钢筋)与被加固的梁体锚固联结,然后对梁体施加预应力,强迫后加的预应力筋受力,以预加力产生的反弯矩抵消部分外荷产生的内力,起到卸载的作用,从而改变原结构的内力分布,并降低原结构应力水平,达到改善梁的使用功能和提高梁的承载能力的目的。其可以减少结构的变形、裂缝宽度缩小甚至完全闭合这就是体外预应力加固梁式桥梁的机理。体外预应力下撑式拉杆加固补强方法是最常用的一种，还有一种加固方法就是体外预应力钢丝束加固法。

二、体外预应力技术在旧桥加固中的应用

体外预应力加固技术实质上就是对结构施加体外预应力，以抵消部分外荷载产生的内力。预应力加固法是一种主动加固法，它能通过合适的预应力值来改善原结构的应力变形状态，增加结构构件的承载能力。因其加固效果显著可靠，运用很广阔。

1、优点

1）加固力筋的布置可以根据需要布置线型，可与外弯矩图形相似，而且力筋布置灵活，可以全梁加固，也可局部加固。2）体外索仅在锚固处和转向处与结构相连，减小摩阻损失，由荷载产生的应力变化分散在预应力筋全长上，应力变化值小，对结构受力有利，提高体外索的使用效率。3）体外预应力技术是对原结构的主动加固，体外索对原结构施加的预应力简洁明了，可以部分恢复跨中下挠量和阻止其进一步下挠，在补偿原桥预应力损失的同时使结构的应力状态明显改善，加固效果可靠。4）锚固和转向构件结构形式灵活可变，设置在梁体内部不影响桥下净空、跨径和桥梁外观。5）体外预应力体系整体自重较小，一般不需对下部结构进行格外的加固处理。6）施加的预应力可以根据需要通过调整索力来增减，体外索可以整束调整或更换，使用期间的维护比较方便。

2、力学特点

预应力加固方法实际上是使被加固结构成为一个带柔性拉杆的超静定结构，它的独特之处就在于：加固前桥梁所受荷载由恒载和活载组成，预应力筋的张拉控制值是在上部结构的恒载作用下读取的，即带载加固。因此在计算预应力筋荷载作用下的应力增量时，应仅考虑活载的作用。根据上述受力特点，可将预应力加固桥梁结构分为施加预应力与活载作用两个阶段进行受力分析。体外预应力结构的适用范围非常广泛，既可用于预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑工程结构等新建结构、既有的钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的重建、加固和维修，也可用于结构中无法放置预应力筋的结构(如钢结构、复合结构等)，还可以用于临时预应力混凝土结构或施工临时性钢索。

3、加固效果

加固效果是评定加固方法好坏、成功与否的重要指标。对桥梁在使用体外预应力进行加固后其横截面的正常使用极限状态和承载能力极限状态抗弯承载能力的计算方法，有一些比较适用的方法。但是对箱梁在横向加固情况下的受力分析和整体加固效果研究并不多。

三、常用的体外预应力加固方法及施工工艺

采用体外预应力对梁式桥上部结构进行补强加固，其作法是在梁的下缘受拉区设置用粗钢筋形成的预应力拉杆或预应力钢束，通过张拉对梁体产生偏心的预应力，在此偏心压力作用下梁体上拱，荷载挠度减小，改善结构受力，从而提高承载能力。

1、下撑式预应力拉杆(粗钢筋)加固法

若桥下净空条件许可，可以采用在梁下设置预应力拉杆(粗钢筋)体系进行补强，有时也可将粗钢筋锚固在从梁端数起的第二道横隔板上。改变支撑点的位置和调整拉杆中的拉力以满足承载力的要求。

1）横向收紧张拉法。作为拉杆的粗钢筋分两层布置在梁肋底面两侧，在靠近梁端适当位置上弯起，与固定在梁端的钢制u形锚固板焊接。粗钢筋弯起处用短钢筋支撑，纵向每隔一定间距设一道撑棍和锁紧螺栓。通过收紧器将拉杆横向收紧而使拉杆受力，从而在梁体产生预压应力。2）纵向张拉法。当采用纵向张拉法补强加固时，拉杆钢筋仍沿梁底部布置，两端向上弯起。它与横向收紧张拉法不同之处在于：拉杆两端弯起段通常都穿过翼缘板上的斜孔伸至桥面，拉杆端部设有丝扣，用轧丝锚锚固于梁顶的锚固槽内。纵向张拉法对拉杆钢筋施加预应力可以用旋紧螺帽，端部用张拉千斤顶张拉，拉杆中间设置法兰螺丝收紧扣及电热张拉等手段完成。3）组合式预应力补强拉杆加固法。这是既布置水平补强拉杆，也布置有下撑式补强拉杆的组合式预应力加固方法。4）竖向顶撑张拉法。采用竖向顶撑张拉法是在梁端底部设置u形钢锚固板，沿梁底设置拉杆，拉杆两端焊在钢锚固板上，在梁的l/4跨径及跨中(或跨间横隔板)位置设置张紧夹具，张紧夹具安装在固定于梁腹或横隔板上的承托架上给拉杆施加预应力，当拉杆达到设计应力值后，用钢筋混凝土垫块在拉杆与梁底面间楔紧，以固定拉杆位置并保持张拉力，作后卸除张紧夹具和承托架并做好拉杆的防锈处理。

2、体外预应力钢丝束加固法

采用体外预应力钢丝束加固梁式上部结构，一般沿梁肋侧面按某种曲线线形设置预应力钢丝束。为保持曲线线形并固定钢束位置，在梁底每隔一定间距(5O—100cm)设置一个定位箍圈(有梁底向上兜)，或者在梁肋侧面埋设定位销。钢丝束的两端头则穿过梁端翼缘板上的斜孔伸至梁顶锚固。为了防止钢丝束的锈蚀，预应力钢丝束应放在保护导管内，或者张拉后在钢丝束周围用混凝土包裹。

1）钻孔，在梁端顶面先凿出锚固槽，在沿梁肋两侧方向按设计斜度钻孔。2）安装锚固板，锚固板一般用厚度15mm的钢板制成，在钢丝束位置上钻出穿丝孔，用环氧砂浆将锚固板固定在锚固槽内。3）箍圈定位，u型定位箍圈常用Ф12～Ф16钢筋焊制，顶端设有穿钢丝束用的套环，钢丝束由一端锚固板穿入经过各定位箍圈，再从另一端锚固板穿出并收紧钢丝束后用轧丝锚头临时固定。4）张拉，在钢丝束一端用张拉千斤顶或绞车张拉钢丝束，待达到设计值后即进行锚固，在浇筑封头混凝土。5）防护处理，钢丝束涂上红丹和防锈漆，外面再罩以砂浆或混凝土保护层，或者用套管封闭钢丝束。

结束语

由于体外预应力技术加固既有桥梁上拥有众多优点而成为很多加固设计的首选,加之该技术的应用密切结合着新材料、新工艺的发展方向,其在未来的发展中拥有广大的空间。但目前,由于我国对体外预应力加固桥梁的加固机理与设计理论的研究尚未成熟,对于体外预应力筋的锚具和转向装置的构造细节及受力分析在我国现行标准和规范中尚未明确、具体的规定,因此,将体外预应力加固技术广泛地应用于我国桥梁加固工程,还需进行大量研究,以期其为我国桥梁建设事业做出更大的贡献。

参考文献

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[3]朱正伟,刘东燕,彭文轩.体外预应力技术在桥梁加固中应用的思考.重庆建筑大学学报,2005,(4).