体外预应力加固法在路桥加固上的应用

摘要：桥梁是公路的咽喉，其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通，既有公路中设计标准较低的桥梁严重制约了公路运输事业的发展。文章对常用的预应力加固方法进行了简单介绍，重点介绍了预应力加固方法加固后抗弯强度检算和加固体系的裂缝验算方法，以T型梁为例，介绍了补强拉杆的截面计算方法。

关键词：体外预应力；加固法；路桥；荷载标准；简化预应力

中图分类号：TU746文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）16-0153-02

一、桥梁需要加固的原因

桥梁是公路的咽喉，其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通，既有公路中设计标准较低的桥梁严重制约了公路运输事业的发展。据调查，全国在20 世纪80年代前建成的国道、省道和县级公路中永久性大、中型桥梁的设计荷载达到汽-20级、挂-100标准的仅占6.53%，汽-l0、履-50 及以下荷载标准的桥梁占9.7 %，其余84.3 %的桥梁基本上是汽-13 级和汽-15 级标准。由此可见，既有桥梁已不能适应当前的设计标准要求，特别是修建年代早、设计标准低的桥梁，病害严重，已不能维持正常使用，而只能限速限载通行，甚至不得不关闭交通，严重影响和制约了交通运输和地方经济的发展。

二、体外预应力技术

用预应力技术对结构进行加固主要是通过后张法中的体外预应力来实现的，其施工工艺：体外预应力的预应力钢束设于砼构件的外侧，钢束穿过设在构件端部的挡块和中部适当位置的转向块进行张拉，从而使砼构件获得预压应力。此法的主要目的是简化预应力工艺，但结构的受力特性比常规的粘结预应力砼差，钢材用量也较大，目前主要用于较大跨度的桥梁工程或维修加固工程中。

体外预应力结构与体内预应力结构本质的区别在于体外预应力结构的预应力筋布置在主体结构之外。因体外预应力索通常为由多根钢绞线组合成的集中钢索，故称为体外预应力索。体外预应力加固通常是在梁底或梁侧下部增设预应力加劲钢丝索或预应力粗钢筋补强并分别锚固在梁的两端，通过设置一定的联结构件使预应力拉杆（钢丝索或粗钢筋）与梁体构成一个桁架体系，成为一次超静定结构，施加体外预应力，抵消部分恒载应力，起到卸载的作用，从而较大提高桥梁结构的承载能力。

体外预应力混凝土结构的基本组成主要包括： 体外预应力索、管道、灌浆材料、体外预应力索的锚固系统、体外预应力索的转向装置。

三、体外预应力加固法的设计计算

当用预应力水平拉杆加固钢筋混凝土梁时，宜按下述步骤进行设计计算：

1．预应力水平拉杆的截面面积Ap，可用下式进行估算：

M=Apfpy?酌1h01

式中，M――加固梁的跨中截面处受弯承载力需有的增量；

Ap――预应力水平拉杆的总截面面积；

fpy――预应力钢拉杆抗拉强度设计值；

h01――由被加固梁上缘到水平拉杆截面形心的距离；

?酌1―经验系数，可取0.85。

2．计算由于张拉预应力水平拉杆达到一定应力后，外荷载有所增大，在由水平拉杆和被加固梁组成的超静定结构体系中，水平拉杆产生的作用效应增量N，可按结构力学的方法进行分析；几种荷载的综合效应等于各种荷载分别作用时的效应之和。

3．确定对水平拉杆施加的预应力值q，并应满足下式要求：

四、加固后梁的承载能力检算

钢筋混凝土梁加固后抗弯强度检算。钢筋混凝土梁加固后，在使用荷载作用下的正截面强度检算时，按照公路桥规的容许应力法进行。以T形梁为例，截面内力及应力分布如图2（下页）所示，则有平衡方法：

五、体外预应力加固实例

某桥始建于1987年，全长420m，主桥为预应力混凝土T型刚构，引桥为20m普通钢筋混凝土T梁桥。设计荷载等级汽-20、挂-100。主桥的总体布置图如图1所示：

根据桥梁检测报告发现，桥面系严重破损，引桥部分T梁出现裂缝。由于船只撞击，主桥中跨牛腿附近有竖向贯通裂缝，根据建设单位要求，为配合道路改造对原桥进行加固补强。

为此桥的承载力，提出采用体外预应力加固方案。方案如图所示将预应力钢束锚固于T构牛腿，预应力束布置如图2所示：

在结构计算分析基础上，采用折线型体外预应力束布置，一次性将预应力钢束锚固于T构牛腿。主要的设计内容如下：

1．预应力钢束采用6根直径15.24mm的7Φ5高强低松弛预应力钢绞线。锚具采用OVM15-5锚具。每个T构横向布置12束预应力。

2．采用加长杆的抽蕊机在牛腿钻抽1.5m长水平蕊孔，以便穿过预应力束且将其锚固于牛腿。

3．为避免钻斜孔和使T构受力合理，如图所示设置预应力转向横隔墙。

4．T构端部由于施加体外预应力会使原结构上缘的压应力减少，因在T构端部箱梁上缘粘贴钢板，对结构局部加强。

5．张拉控制采用张拉力与张拉伸长量双控。并设置现场监测系统，边张拉边监测，出现异常随时停止张拉。

六、加固效果评价

桥梁加固应在不断总结经验和技术进步的基础上形成专门规范，同时要重视对加固后的桥梁进行检测和观察，以确定加固的效果。桥梁加固后的上部结构通常是用静载或动载试验，将试验结果与加固设计的计算结果进行对比，来判断桥梁加固成功与否。但对下部结构而言，不方便进行荷载试验，通过其频率变化来定量评估桥墩的加固效果。

七、桥梁加固技术的发展方向

总的来说，预应力加固法的加固效果很明显，并由于其用料的经济性和良好的使用性而倍受青睐，但其施工工艺比较复杂，附属的构造措施很多，且基本上只局限于体外预应力，从而使结构的耐久性成为新的问题。欲求全面兼顾良好的使用性能、用料的经济性和施工简易性的桥梁加固措施尚需人们作出不懈的努力，进一步探索将预应力砼技术的优势与常规加固方法的长处相结合的新型加固方法。

作者简介：叶胜锋（1981－），男，广东梅州人，供职于广州广荔市政建设有限公司，研究方向：路桥。