体外预应力法在桥梁加固中的应用

摘要：随着时间的推移桥梁会逐渐老化，因而不能再满通的需要，解决这个问题的主要方法之一就是对桥梁进行加固和维修。当下，桥梁的加固和维修已经成为工程的热点问题。本文详细介绍了下撑式拉杆加固补强方法中最常用的体外预应力法，阐述了体外预应力加固法的特点、使用条件、材料要求，并对体外预应力加固设计、施工过程和注意事项进行了详细的阐述。

关键词：预应力；加固法；桥梁加固

随着我国经济的快速发展，公路桥梁荷载吨位要求大大增加，旧桥的承载能力不再能满足现今需要。对于旧桥的加固迫在眉睫。现行的桥梁加固补强方法很多，如粘贴钢板或高强复合纤维、预应力加固法、补强混凝土等。其中预应力加固法通过施加预应力、改变结构体系和结构受力，改善桥梁荷载的内力分配，增加全桥刚度，闭合裂缝，并调整变形，是一种有效的加固方式[1]。

1 体外预应力加固的特点

1.1 基本概念

体外预应力加固是在原有桥梁的受拉区设置体外预应力拉杆拉杆锚固于梁的两端，给梁施加轴向压力和弯矩，或是结构构件表面铺设预应力筋，使原来结构变形状态得到改善，从而达到提高承载力的目的，可以说它是后张预应力体系的一个分支。预应力加固法没有应力滞后的的缺陷，施工简便，造价较低，便于在结构使用期内检测、维护和更换，适用于一般梁板结构、框架结构、析架结构加固。能够较大幅度的提高旧桥的承载能力，能够恢复桥梁或提高桥梁的荷载等级，经济效果比较明显。由于预应力束布置在结构体外，因此需要考虑材料的耐久性、防火、防锈措施，此外，预应力筋材料外露，有时会影响观瞻和使用功能[2]。

1.2 构件张拉形式

该方法是一种主动加固法，它不但能通过合适的预应力值，使原构件的受力性质得到改变或受力大小得到调整，增加结构的抗弯或抗剪承载能力，同时，还可减小梁的挠度和缩小原构件的裂缝宽度。值得关注的是，混凝土结构的体外预应力中，混凝土的应变变化值与任一截面处预应力筋的应变变化值是不一致的。构件张拉形式有水平拉杆、连续折线式拉杆、组合式拉杆、下撑式拉杆。正截面受弯承载力不足可应用水平拉杆来加固；正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不足可应用下撑式拉杆加固；当正截面受弯承载力出现严重不足时，可应用组合式拉杆；连续梁板结构承载力不足可应用连续折线式拉杆的加固，构件变形、应力的调整[3]。

1.3 基本要求

（1）混凝土结构构件在加固前一定要进行一次现场检测，原构件强度等级不低于C25。（2）通常在以下情况可放弃加固。在化学侵蚀环境中，可以对结构产生影响的；构件温度过度，同时又无隔热防护措施；外表温度已超过六十度的构件；结构的抗震设防裂度超过8度（3）在构件正式建立预应力前，先对预应力筋预拉，以消除机构间的间隙，进一步调直预应力筋，检验张拉系统的可操作性与协调性。（4）用预应力筋加固连续板时，预应力筋的弯折点位置宜设置在反弯点附近。这样预应力产生的向上托力较为显著，能够起到减少板跨的作用。

1.4 锚具、预应力筋

（1）混凝土结构或构件进行体外预应力加固，预应力筋的选择可以很广泛，甚至可能会出现碳纤维制品。但不管是什么样的材料，都要对其进行分门别类，放置在合适的地方。所有预应力筋都要按照标准规定进行随机抽取的力学性能检验，检测合格后才可被运用于工程上。（2）预应力筋用连接器、夹具和锚具必须符合设计规范要求，而且其性能要达到《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370中的标准。在使用前，要对连接器、夹具、锚具和预应力筋实施外观检验，确定其外观良好，无裂纹、锈蚀、污物和机械损伤[4]。

2 体外预应力加固应用实践

2.1 工程概述

某钢栈桥计算跨度44.5m，桥面宽7.0m，两侧行人走道各0.75m，设计荷载汽车20t，验算荷载挂车100t。交通桥结构为体外预应力筋钢析架型式，由六棍钢析架组成，桥体下部布置60束预应力筋，桥面板为钢筋混凝土预制面板。

在钢析架的下部设置预应力筋，每榀钢桁架设10Φ15.24mm预应力钢绞线。预应力筋设置在每福钢析架的下部，每榀钢桁架设10Φ15.24mm预应力钢绞线。每束钢绞线设计张拉控制应力为850N/mm2。为了防止桥的变形，可尽量减小钢桥的用量，充分发挥预应力筋的效应。在钢析架中部设计预应力索道支撑架，支撑架设置钢套管，以增加预应力筋的矢高，增大预应力的竖向分力。

2.2 体外预应力筋施工

材料。预应力筋选用低松弛无粘结钢绞线，φ15.24mm，标准抗拉强度1570MPa，外包防护层，其性能参数符合ASTM（A416～90）标准要求，张拉控制应力σcon=850mm2，共用XM15－I锚具120套。（2）张拉准备。ZB4/500型高压电动油泵2台和2台YC20D型千斤顶。张拉前要做足准备工作，确保高压电动油泵和千斤顶工作正常，同时对千斤顶和压力表进行标定，压力表读数与千斤顶张拉力为正比关系曲线。（3）下料。为了防止预应力钢绞线外包PE层遭到破坏，可在下料前提前在地上铺垫编织布。使用砂轮切割机切割，下料长度为自然跨度46.8m加外露长度。然后清理钢绞线的外包层，将上面的防腐油脂清洗干净。为了方便，可以在钢绞线的两端分别记寻相同的编号。(4)穿束与编束。穿束是指复查钢绞线的热挤PE套，确认其未出现破损，如果大面积出现，就要重新下料更换钢绞线。编束则是为了防止穿束中预应力钢绞线叉缠绕，便将5根钢绞线编为一束。用绳子绑好钢绞线一端，进行人工穿束，穿好后将锚具装上即可。（5）张拉。张拉前先对预应力筋进行预紧调直，然后在两端对预应力筋同时进行张拉。张拉分两次进行，第一次0～0.4σcon、第二次0.4σcon～1.0σcon。第一次张拉到0.4σcon后将桥面板安装上去，回填混凝土完成养护后即可进行第二次张拉。测量钢析架的位移。在整个过程中，必须严格按照设计步骤进行，张拉力以油表读数为准，张拉力大小要严格控制。通过张拉端预应力筋伸出垫板外的长度来测量预应力筋的伸长值，理论伸长值与实测伸长值会存在一些误差，但一般不会超过5%～10%。（6）质量控制。质量控制是预应力筋施工的关键，其主要包括以下几个方面：张拉垫板上确定将杂物已清理干净；垫板上外露钢绞线杂物已清理干净；预应力钢丝束梳理顺直，未出现扭麻花、缠纹等现象；锚夹具在使用前应仔细检查其外观质量，装锚夹具时应将锚环紧贴垫板，夹片锁紧，且使三片平齐；张拉过程中加载和卸载的速度需控制好，使预应力筋充分伸长，同时减小锚固回缩损失；转向块应满足张锚体系及传力的功能耍求，保证有效传递应力；防腐施工要根据设计要求，严格控制施工质量，防止预应力钢材和锚具等发生锈蚀[5]。(7)切筋封端。将多余的无粘接筋使用砂轮机切去，切忌不可使用电弧焊切割。切后无粘结筋外露切片要小于30mm，可用专门的保护套将其封闭严实，然后在锚具与套之间均匀涂上一层油脂，尽快用C40混凝土密封堵死。

3 最终效果

在这次钢栈桥加固中，体外预应力技术充分展现了施工简便、造价低廉、安全牢固、工期短的特点。预应力筋采用单根两端张拉，并按照两次张拉的顺序进行张拉，以控制钢栈桥的变形，保证钢结构工程中预应力的有效传递。

4 结束语

预应力加固法能较大幅度地提高构件的承载力，且它具有施工简单、合理、方便等优点，己成为桥梁界的新热点，现而今，预应力加固主要用于旧桥的加固，收到很好的经济和社会效益，是一种有效的主动加固法。

参考文献

[1]李海洲.浅谈路桥施工中体外预应力加固法的工程应用[J].科学之友,2010,(06)

[2]扈炳刚,宫立柱.小议桥梁体外预应力加固方法及计算过程[J].民营科技,2009,(12)

[3]王雷,王晓民.体外预应力加固技术在桥梁建设中的应用[J].民营科技,2010,(02)

[4]汪劲丰.预应力混凝土斜拉桥施工控制的关键技术研究[D].浙江大学,2003

[5]程召华,程征.路桥建设预应力技术质量控制[J].民营科技,2009,(09)