浅议预应力加固体系在公路桥梁施工中的方法

摘要：预应力加固即在加固过程中建立永久的，与外部荷载作用相反的内力以及内应力，以达到消除结构或构件的小部分的外力，改善预应力在不同条件下的变形性能，提高公路、桥梁的坚固强度，从而提高承载力，确保结构安全地工作，达到加固的主要目的。

关键词：预应力加固技术；公路桥梁施工；应用

中图分类号：K928文献标识码： A 文章编号：

引言:随着经济的发展，各类重型车辆数目爆发式的增长，加重公路桥梁的负担。一部分旧桥在设计之初就缺少长远的计划，甚至部分老化、破损严重。对已经不能适应现代交通运输要求的旧桥，研究相关的维修与加固方法并要求进行施工，提高桥梁的承载力，确保交通安全运输。预应力加固即在加固过程中建立永久的，与外部荷载作用相反的内力以及内应力，以达到消除结构或构件的小部分的外力，改善预应力在不同条件下的变形性能，提高公路、桥梁的坚固强度，从而提高承载力，确保结构安全地工作，达到加固的主要目的。

1.桥梁加固

桥梁加固改造是运用有效可行的技术手段对桥梁结构物进行补强加固及拓宽，其根本目的是恢复和提高其承载能力及耐久性。目前，常用的桥梁加固方法很多，从大的方面划分可分为上部结构补强加固和下部结构补强加固。桥梁上部结构补强加固方法又分为改变结构受力体系方法和不改变结构受力体系方法两类。从后加补强材料是否具备预应力及基本受力原理来看，桥梁上部加固又可划分为两大类，即主动加固和被动加固。

1.1桥梁主动加固原理

在受拉区(或抗剪薄弱区)直接增设补强材料，例如：补焊钢筋、粘贴钢板、粘贴高强复合纤维材料(碳纤维、芳纶纤维)等。这种加固方法从作用原理上讲属于被动加固范畴。实际上设计时必须考虑带载加固及分阶段受力特点，构件自重及恒载由原梁承担；活载由加固后的组合截面承担，后加补强材料强度发挥程度受原梁变形的限制。

1.2桥梁被动加固原理

为解决后加补强材料“应变滞后”，提高后加补强材料利用率，对后加补强材料施加预应力，采用预加力原理进行加固补强。从作用原理上讲预应力加固属于主动加固范畴。后加补强材料主动受力，由于预加力的作用，改善了原梁的应力状态，以达到提高原梁承载力和抗裂性的目的。

目前，桥梁结构中采用的预应力加固体系主要有三种：即体外预应力加固体系、高强复合纤维预应力加固体系、有粘结预应力加固体系。

2.体外预应力加固常用方法

2.1横向收紧张拉法

钢筋混凝土或预应力混凝土梁的两端间隙很小时，为了避免在梁的端部张拉，一般采用横向收紧张拉法。此法是在梁的下缘对称梁中线安装预应力筋，在距梁端适当距离处弯起并通过支点锚于梁端的锚固钢板上，锚固钢板呈U形套在梁端的下翼缘上。水平段的预应力筋用撑棍分成若干段，两端的撑棍还起到支点的作用。在每段中点用拉紧螺栓将两对称筋收紧，收紧的过程中拉杆即产生预应力，结果梁受到锚固钢板传来的预压力和预应力筋产生的负弯矩由于体外索多为水平的直线形，在梁的两端向上弯曲不多，因而这种加固方法只能有效的减小梁中的正弯矩，而对减小梁端的剪力帮助不大。

2.2纵向张拉法

纵向张拉法是沿预应力筋的轴线施加预应力的方法。预应力筋沿梁底布置，到梁的两端设导向块处弯起，锚固于梁的腹板或顶板上，再沿梁底或梁顶进行纵向张拉，以减小梁端的剪力。纵向张拉锚固构造主要有两种，梁顶锚固和腹板锚固。体外预应力筋张拉方法与其构造形式有关，张拉位置可以在梁顶沿斜筋方向张拉，亦可在梁底沿水平方向张拉。其张拉程序与预制混凝土梁的相同。

2.3竖向顶撑张拉法

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1/4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加紧，以固定拉杆位置并保持张拉力，卸除张紧夹具和承托架并做好拉杆的防锈处理。预应力钢丝束加固法。一般沿梁肋侧面按某种曲线（抛物线等）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（50～100cm）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。为防止钢丝束锈蚀，预应力钢丝束应放在保护导管内或张拉后在钢丝束周围用混凝土包裹。

3.高强复合纤维预应力加固体系

目前，工程上应用的高强复合纤维主要有芳伦纤维及碳纤维(FRP)，由于碳纤维材料在桥梁加固中的应用广泛，技术成熟，故本文主要介绍碳纤维预应力加固。

3.1问题提出

工程上采用较多的是在结构受拉区或抗剪薄弱区域，直接粘贴纤维的加固方法。就实际工程中大量遇到的承载力加固而言，采用在受拉区直接粘贴碳纤维布的被动加固方法，后加补强材料是不能充分发挥作用的。按照分阶段受力特点，直接粘贴的后加补强材料只承担活载内力；与原梁钢筋相比，其应变严重“滞后”。极限状态下，其强度的发挥程度受原梁变形的限制，一般情况下达不到其抗拉强度设计值。

3.2作用原理

为了提高碳纤维材料的利用效率及增强旧桥加固效果，对碳纤维材料施加预应力是一种有效的办法。碳纤维预应力加固的作用原理为，利用锚固粘贴于被加固梁体上的碳纤维布条(或板条)对梁体施加预应力，改善加固梁的受力状态，其关键技术是解决适应于桥梁现场施工的预应力纤维布(或板)的张拉、锚固问题。目前，这种加固体系尚处于试验研究阶段。

3.3技术特点

①高强高效。由于FRP优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。

②线膨胀系数与混凝土接近，保证了温度变化时，FRP与混凝土可以协同工作。

③施工便捷、工效高、没有湿作业，不需大型施工机具，施工占地少，施工效率高。据有关资料统计，粘贴FRP是粘贴钢板施工工效的4～8倍。FRP轻质柔软，易贴附，与粘贴钢板相比其施工质量更易保证。

④不增加构件的自重和体积。FRP质量轻且厚度很薄，经加固修补后的构件，基本上不增加原结构的自重和尺寸，也就不会减少建筑物的使用空间。

⑤具有很好的耐腐蚀性和耐久性能。试验表明：碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维具有良好的耐腐蚀性和耐久性，可以抵抗建筑物中经常遇到的酸、碱、盐等对结构的腐蚀。使用此材料加固后，不仅不需要对其进行定期维护，而且其本身更可以对内部混凝土结构起到保护作用。

⑥适用面广。可广泛用于各种结构类型(如建筑物、构筑物、桥梁隧道、涵洞、烟囱等)、各种结构形状(如矩形、圆形、曲面结构等)、各种结构部位(如梁、板、节点、拱、壳、墩等)的加固修补，且不改变结构形状及不影响结构外观，这是目前任何一种结构加固方法都不可比拟的。

4.有粘结性质的预应力加固体系

用锚固在所加固体上的一些预应力筋，对构体来施加部分预应力，再喷注相对较高的抗拉强度较大的砂浆，使得预应力筋跟被加固物体可以粘结为一体，构成具有粘结性质的预应力加固体系。与体外的预应力加固体系相比较，它的突出点有：

4.1可以最大限度地发挥出在后加补强材料上面的功能，从而提高材料的利用效率。

4.2高性能砂浆的保护层的功能就是保护好钢筋，使之避免被锈蚀，从而提高使用的耐久性，延长使用寿命。

4.3在小锚具跟高性能复合形式的砂浆粘结的相互作业下锚固钢筋，施工作业才能够更加安全、可靠。

5.结束语

综上所述，随着科学工程技术的发展与机械的持续创新，预应力方面的技术也变得越加的成熟，除了对以前施工技术的改造外，还持续不断地出现了一系列新颖的施工手段。施工的所需设备也变得愈加齐全愈加配套，生产的能力跟施工的精度变得愈加精准，施工的队伍也将会变得更加机械化和专业化，质量更加系统化。

参考文献：

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