预应力技术在桥梁加固工程中的应用

摘要：随着我国经济不断发展，交通运输不断增加，部分桥梁承载能力和耐久性不再适应现阶段正常使用，需要进行加固。预应力加固技术已经广泛应用与桥梁加固中。本文从体外预应力加固法、有粘结预应力加固法及预应力碳纤维加固法三种方法出发，详细介绍了预应力加固法在桥梁加固中的应用。其中体外预应力加固法现阶段应用最为广泛，本文从选材和施工两个方面对其进行了重点介绍。

关键词：预应力加固，体外预应力，有粘结预应力，碳纤维

中图分类号：TU394文献标识码： A 文章编号：

1概述

近年来，我国公路桥梁交通运输快速发展，车辆日益大型化和重型化，交通流通量逐年递增，这给我国的公路和桥梁带来很大压力。现役部分桥梁由于修建年代较远，设计荷载标准偏低，导致承载力不足，这导致大量的危桥频繁出现。因此，旧桥的加固和维修刻不容缓。桥梁加固方法一般可分为主动加固法和被动加固法两大类。主动加固法由于对桥梁结构形式改变较小，荷载提高的高，施工简便，因此在桥梁加固中得到广泛应用。主动加固法主要分体外预应力加固，有粘结预应力加固和预应力碳纤维加固。

2.体外预应力加固法

2.1体外预应力加固法特点

体外预应力加固的思想是通过利用张拉预应力筋产生内力从而用来抵消控制截面的恒载和活荷载，其实质是对桥梁的控制截面进行卸载。体外预应力加固法相对于被动加固法中的粘贴附加物和增大截面加固法相比，使加固后桥梁自重增加很少，能大幅改善桥梁原有的结构受力状况，提高桥梁的承载能力和抗开裂能力，对桥梁的交通也影响不大。然而由于体外预应力加固法预应力筋和索在结构截面之外，容易受火灾和腐蚀性介质的影响。由于桥梁的跨度较大，预应力索必须要考虑振动问题以限制索的自由长度。体外预应力加固法锚固区和转向块处应力很大，这在使用体外预应力加固时必须要考虑。体外预应力加固后桥梁抗裂性能差，这主要因为体外预应力梁破坏变成系杆拱而体内预应力混凝土梁破坏时仍为梁式结构。

2.2 体外预应力加固法构造及选材

体外预应力加固构造的基本组成主要有：体外预应力筋、锚固系统、定位器、转向块及防腐系统等。体外预应力筋通常包括水平筋和斜筋，水平筋提供纵向预应力，斜筋提高抗剪能力。锚固系统包括锚具，锚固块，张拉设备等。转向块是体外预应力加固中重要的构件，它主要起到将设有的水平筋和斜筋连接起来均匀传递预应力使得内力平衡。定位器主要应用在体外索自由长度超过十米时候，以减小索的自由振动和二次效应。

体外预应力加固施工方法在不断发展，材料不断更新。总结国内外采用体外预应力加固方案加固梁时主要有以下几种形式见图2-1.

图2-1 常用的体外索简支梁加固形式

水平筋和斜筋由两个钢筋组成，并通过滑块连接成整体。其中斜筋和水平筋均可张拉受力。图2-1a是通过张拉斜筋使得水平筋受力，图2-1b是采用张拉水平筋使得斜筋受力，此时斜筋可以锚固在腹板上。

水平筋和斜筋也可以由一根钢丝组成，如图2-1c和2-1d所示。图2-1c斜筋锚固在腹板可采用手动葫芦张拉水平筋，图2-1d锚固于梁顶可采用千斤顶张拉斜筋。

当斜筋采用刚度较大的槽钢或者粗钢筋时，利用楔形滑块固定斜筋，加固形式如图2-1e所示。图2-1f采用水平筋张拉预应力而不采用斜筋，通常用于T形构件和变截面箱梁。

3 有粘结预应力加固法

有粘结预应力加固法通过张拉锚固在梁上的2-3股钢绞线或者直径较小的粗钢筋，对梁施加预应力，然后在梁体和预应力钢筋之间喷注一定的复合砂浆将预应力钢筋和 加固梁体粘结在一体构成具有粘结预应力的加固体系。有粘结预应力加固法中的复合砂浆具有高粘结强度能够控制结构开裂，保证预应力钢筋免于锈蚀，因此该加固法比体外加固法具有更好的耐久性。该加固法由于对复合砂浆的粘结强度具有很高的要求，因此该加固法特别适用于中小跨度的桥梁尤其是城市立交桥中大量采用的中等跨径的钢筋混凝土及预应力混凝土连续箱梁。箱梁高度较矮，在箱内布置体外预应力筋施工较困难，施工中通常采用在梁底增设小直径预应力筋，表面喷射高性能复合砂浆来保证粘结。

3. 预应力碳纤维加固法

3.1 预应力碳纤维加固法特点

碳纤维（CFRP）是一种高强度材料，其抗拉强度一般可以达到3000Mpa是钢材的10倍左右，但弹性模量却和钢材相差不大，一般为230Gpa。CFRP材料在构件发生假定变形的时候才会发挥其强度，因此采用直接粘贴CFRP加固桥梁难以抑制结构的变形和裂缝的发展。而多层粘贴CFRP材料由于界面之间无法传递足够的剪应力使得CFRP材料强度不能得到充分的发挥。预应力碳纤维加固法将体外预应力技术和粘贴碳纤维加固技术结合起来，通过对CFRP材料施加预应力，使其能够更好的发挥其高强度的优势避免发生剥离破坏，提高构件承载力，加固图如图3-1所示。然而该加固方法由于尚处于研究阶段，其如何解决桥梁加固中的预应力纤维布（板）的张拉和锚固问题还未得到解决。

图3-1 预应力CFRP片材加固

3.2 预应力碳纤维加固法方法

预应力碳纤维加固技术中，预应力的施加方法是很重要的。总结国内外学者在工程实践中施加预应力的方法主要有两种：1反拱法，其施工工艺是首先将碳纤维片材用环氧树脂粘贴到需要加固的桥梁上，然后利用千斤顶从碳纤维外把梁从中部顶起，待较固结后，移走千斤顶，使得桥梁上施加上了一定的预应力。2外部张拉法，外部张拉法不同于反拱法，其施工工艺为先用特制的张拉设备张拉碳纤维布，再用环氧树脂将其粘贴到桥梁受拉面，待胶固结后，在梁的两端剪断碳纤维布，这样便施加了预应力。

4.总结

预应力加固桥梁方法的优越性在众多工程中得到了验证。已有的众多加固经验与实例表明，合理的设计与施工使得加固后桥梁达到预期的加固效果。将预应力加固法技术应用于旧桥加固具有广阔的前景。现阶段我国在预应力加固桥梁上的理论和实验研究也取得了一定的成果，但计算理论还不够完善，与国外相比，我国预应力加固桥梁法还处于起步阶段，计算理论和相关的规范还不够完整，有待于完善。相信在不久的将来，预应力加固法在桥梁加固中得到广泛推广。

参考文献

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