论桥梁体外预应力加固技术应用分析

　　摘 要:应用体外预应力技术加固旧桥能改善旧桥承载能力,方便,经济,同时也不需中断交通，体外预应力技术在新时期的桥梁建设及加固过程中得到了广泛的应用，并取得了良好的社会和经济效益。本文就桥梁体外预应力技术进行简单的介绍并结合实际案例进行详细的阐述。

　　关键词:桥梁体外预应力加固技术分析

　　Abstract: the application of external prestressing reinforcement old bridge to improve the carrying capacity of the old bridge, convenient, economic, but also do not need to interrupt traffic, external prestressing technology has been widely used in bridge construction and consolidation process of the new era, and have achievedgood social and economic benefits. In this paper, external prestressing of bridge for a brief introduction and actual case in detail.

　　Key Words: bridge vitro; prestressed; analysis of reinforcement technology

　　中图分类号：  U445.7+2     文献标识码：A     文章编号：

　　引言

　　随着我国经济的飞速发展, 公路运输量大幅度提高, 车辆载重和行车密度不断增加, 作为公路交通的咽喉, 桥梁使用功能的好坏直接影响公路交通的畅通, 其正常营运是确保交通安全的关键。然而桥梁结构由于设计过程中的历史局限或是施工过程中的初始缺陷、各种意想不到的自然灾害、自然老化, 造成现有桥梁中的相当一部分已经满足不了正常营运的要求。工程实践表明, 可采用合理可行的加固措施,提高或恢复桥梁的通行能力和承载能力, 延长其使用寿命。一般情况下, 桥梁的加固费用仅为新建桥梁费用的10% ~20%。因此, 如何选择有效的施工技术加固现有桥梁, 具有很大的经济效益。

　　在现在的加固技术中, 体外预应力加固由于其具有施工简单、快速、不增加结构自重等优点, 被大量应用于旧桥加固。本文将结合具体的工程实例, 介绍体外预应力加固技术。

　　1 体外预应力的特点及体系

　　1.1 体外预应力的概念

　　体外预应力技术,是相对于传统的预应力筋布置在截面内而言的,它是指预应力筋布置在结构构件截面之外的预应力技术,是后张预应力体系的重要分支之一。采用体外预应力技术加固混凝土结构时,体外预应力束一般采用折线形,安在梁的跨中部分,体外预应力束布置在腹板下缘,在离支座(1/3～1/4)L处,体外预应力束向上弯起,锚固在梁的两端。

　　1.2 体外预应力的优点

　　体外预应力的优点有：简化预应力筋曲线，预应力筋仅在锚固处和转向处与结构相连，减小摩阻损失，提高预应力使用效率；预应力布置灵活，根据桥梁病害可以全桥加固也可以进行局部加固；锚固构件尺寸小，自重增加少，可有效的大幅提高结构承载能力；与原结构无粘结，应力变化值小，对结构受力有利；体外索可调可换，便于使用期间进行维护。

　　1.3 体外预应力的缺点

　　体外预应力的缺点有：体外索布置在截面外，防腐、保护相对较困难，易受外界影响；锚固及转向区域容易产生应力集中，局部应力大，对锚固施工要求高；体外索张拉力较小，不能充分发挥体外索强度高的优点，对锚具及夹片的要求很高；体外预应力筋的变形和混凝土的变形不一致，容易造成预应力损失。

　　1. 4 体外预应力的体系

　　体系一:钢绞线穿入高密度聚乙烯管(HDPE)或钢管孔道内,张拉之后,灌入水泥浆。这种体系为有粘结体外预应力体系。由于孔道管在结构体外,管道的铺设质量其水密性容易检查和控制,预应力摩擦损失小。

　　体系二:体外预应力筋由单根无粘结筋平行穿入HDPE管或钢管孔道内,张拉之前先完成灌浆工艺,由水泥浆体将单根无粘结筋定位。这种体系为无粘结体外预应力体系。单根无粘结筋的摩擦损失极小;可采用单根张拉工艺,张拉设备体积小,易操作;预应力筋有四层防护(油脂、HDPE、浆体和外套管),因此其耐腐蚀性和防护安全性可靠;在使用期间可重调预应力值,可更换预应力筋。

　　2 加固机理

　　体外预应力加固通常采用粗钢筋钢绞线、高强钢丝等材料作为施力工具。在体外对桥梁外部结构施加预应力,以预应力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力,从而达到改善桥梁使用性能并提高承载能力的目的。该法具有加固,卸荷改变结构内力的三重功效。如图1,加固前后示意。

　　图1 ( a ) 未加固前

　　图1 ( b ) 体外预应力加固后

　　3 体外预应力加固常用方法

　　根据施加预应力的方式不同,桥梁体外预应力加固的常用方法有:横向收紧张拉法、纵向张拉法、竖向张拉法和顶弯梁法等。

　　3.1 横向收紧张拉法

　　横向收紧张拉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,拉杆即产生预应力。

　　3.2 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。

　　3.3 竖向张拉法

　　竖向张拉法是采用在梁肋两侧对称布置预应力筋,一般在梁端肋侧锚固,在预应力筋中部竖直向上张拉,在梁肋底部用小横梁固定预应力。横梁的作用在于固定竖向张拉产生的钢筋预应力,根据具体情况,横梁可以设计成锚固于梁肋上不能滑动预应力筋的固定支点或可以在梁底活动的活动支点。

　　3.4 预弯梁法

　　以上三种方法,主要是解决梁下缘开裂的问题,有时为了防止梁上缘的开裂,可以采用预弯梁法。以下举例说明此种方法:某简支钢板梁桥,由于荷载的增大,需要改善钢板梁的受力状态并提高桥面板的刚度,前者采用体外预应力筋加固,后者采用增厚桥面板的方法解决,为了抵消体外索张拉后在桥面板内产生的拉应力,缓和新增桥面板混凝土的收缩引起的拉应力,在浇筑之前,先搭设支架将主梁顶起,待新浇桥面板达到一定强度后再落下支架,让桥面板在主梁的自重下产生一定的压应力。然后再张拉体外预应力筋,对钢板梁和桥面施加轴力和弯矩。

　　4 体外预应力加固施工工艺

　　体外预应力施工工艺主要流程为:施工方案编制→施工机具准备→转向器安装→体外索穿索→穿入限位装置→安装锚头→单根张拉体外索→防松装置及保护罩的安装→ 保护罩及锚头内灌注防腐油脂防护。

　　5 工程实例

　　某连续刚构桥梁建于80年代由于养护不当,汽车超载等因素,下缘混凝土破损,部分混凝土脱落,已出现纵向贯通裂缝,主钢筋已严重锈蚀。随着交通量的增长,桥面已出现下沉,偏差原来桥面设计标高。为了保证不长期中断交通经过研究分析,采用体外预应力的方法对桥梁进行加固。加固方案如图2。

　　图2 体外临时预应力索示意图

　　5.1 恢复桥面设计标高

　　恢复桥面高程就是通过体外预应力作用桥跨跨中,给桥面一个向上的作用力,使得桥梁跨中应受力反弹复位,抵消或减小桥面下沉挠度,使得桥面恢复到原来的设计标高。通过采用临时横向钢桁架体外预应力索来恢复桥面标高。当首先采用横向排架支撑、体外预应力索对桥梁标高临时实施校正,即在病害桥梁体外、跨中截面的下侧和支点截面的上侧架设横向预应力转向桁架,通过这个临时措施,把需使得桥面抬高的力转接给桥墩,方便高效,通过调整预应力的大小,逐步把桥面抬高到原来设计标高。

　　5.2 截面裂缝修补

　　由于交通量的增长和偶然荷载的撞击,使得桥截面出现裂缝。由于刚桥跨中下挠较大,桥面裂缝出现在墩顶范围内,而在跨中裂缝则出现在梁的底板、腹板及翼板上。采用高强度粘接剂,对裂缝实施灌浆封闭,而后再利为保证裂缝普查精确,使用专门的检查仪器(25倍读数显微镜)进行裂缝普查,然后封闭所有大于0.3mm的裂缝,插入压浆嘴将高分子材料压入并填充裂缝。对于L/4处的腹板斜裂缝,还应当采用钢板进行加强。

　　5.3 转向结构施工

　　由于在梁内施加体外预应力钢索,为减少对原桥的破坏,,即根据加固设计要求确定体外预应力索固定点,以满足受力要求并确保施工质量,钢结构形成骨架后,将用两钢板将钢制构件之间浇筑钢纤维混凝土填实。同时遵照“墩顶靠上,转向贴底”为原则,将转向钢管经过试安定位,所有铁件外露部分需作环氧树脂防腐。

　　5.4 加固效果分析

　　由实践和数据证明,体外预应力是一种有效的加固技术,效果明显,同时还具有良好的防腐性及抗疲劳抗裂性。体外预应力受力图式安全可靠,并且在后期管理中易检查和更换,方便维修及调整索力。体外预应力能够较大幅度地提高旧桥承载能力,同时施工时可不中断交通或短时间限制交通。施工时所需的人力物力少、工期短,经济效益明显,不影响对结构物损伤小,不影响净空和标高,是一种理想的加固方法。

　　结语

　　随着社会发展, 在今后的若干年里, 会有越来越来多的旧建筑物有可能出现工程质量事故问题, 需要维修和加固。建筑物维修、改造和加固的费用将逐步增加。体外预应力加固技术施工简单, 加固效果良好, 定能得到极大的应用与发展。