摘 要:應用體外預應力技術加固舊橋能改善舊橋承載能力,方便,經濟,同時也不需中斷交通，體外預應力技術在新時期的橋梁建設及加固過程中得到了廣泛的應用，并取得了良好的社會和經濟效益。本文就橋梁體外預應力技術進行簡單的介紹并結合實際案例進行詳細的闡述。

　　關鍵詞:橋梁體外預應力加固技術分析

　　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

　　中圖分類號：  U445.7+2     文獻標識碼：A     文章編號：

　　引言

　　隨著我國經濟的飛速發展, 公路運輸量大幅度提高, 車輛載重和行車密度不斷增加, 作為公路交通的咽喉, 橋梁使用功能的好壞直接影響公路交通的暢通, 其正常營運是確保交通安全的關鍵。然而橋梁結構由于設計過程中的歷史局限或是施工過程中的初始缺陷、各種意想不到的自然災害、自然老化, 造成現有橋梁中的相當一部分已經滿足不了正常營運的要求。工程實踐表明, 可采用合理可行的加固措施,提高或恢復橋梁的通行能力和承載能力, 延長其使用壽命。一般情況下, 橋梁的加固費用僅為新建橋梁費用的10% ~20%。因此, 如何選擇有效的施工技術加固現有橋梁, 具有很大的經濟效益。

　　在現在的加固技術中, 體外預應力加固由于其具有施工簡單、快速、不增加結構自重等優點, 被大量應用于舊橋加固。本文將結合具體的工程實例, 介紹體外預應力加固技術。

　　1 體外預應力的特點及體系

　　1.1 體外預應力的概念

　　體外預應力技術,是相對于傳統的預應力筋布置在截面內而言的,它是指預應力筋布置在結構構件截面之外的預應力技術,是后張預應力體系的重要分支之一。采用體外預應力技術加固混凝土結構時,體外預應力束一般采用折線形,安在梁的跨中部分,體外預應力束布置在腹板下緣,在離支座(1/3～1/4)L處,體外預應力束向上彎起,錨固在梁的兩端。

　　1.2 體外預應力的優點

　　體外預應力的優點有：簡化預應力筋曲線，預應力筋僅在錨固處和轉向處與結構相連，減小摩阻損失，提高預應力使用效率；預應力布置靈活，根據橋梁病害可以全橋加固也可以進行局部加固；錨固構件尺寸小，自重增加少，可有效的大幅提高結構承載能力；與原結構無粘結，應力變化值小，對結構受力有利；體外索可調可換，便于使用期間進行維護。

　　1.3 體外預應力的缺點

　　體外預應力的缺點有：體外索布置在截面外，防腐、保護相對較困難，易受外界影響；錨固及轉向區域容易產生應力集中，局部應力大，對錨固施工要求高；體外索張拉力較小，不能充分發揮體外索強度高的優點，對錨具及夾片的要求很高；體外預應力筋的變形和混凝土的變形不一致，容易造成預應力損失。

　　1. 4 體外預應力的體系

　　體系一:鋼絞線穿入高密度聚乙烯管(HDPE)或鋼管孔道內,張拉之后,灌入水泥漿。這種體系為有粘結體外預應力體系。由于孔道管在結構體外,管道的鋪設質量其水密性容易檢查和控制,預應力摩擦損失小。

　　體系二:體外預應力筋由單根無粘結筋平行穿入HDPE管或鋼管孔道內,張拉之前先完成灌漿工藝,由水泥漿體將單根無粘結筋定位。這種體系為無粘結體外預應力體系。單根無粘結筋的摩擦損失極小;可采用單根張拉工藝,張拉設備體積小,易操作;預應力筋有四層防護(油脂、HDPE、漿體和外套管),因此其耐腐蝕性和防護安全性可靠;在使用期間可重調預應力值,可更換預應力筋。

　　2 加固機理

　　體外預應力加固通常采用粗鋼筋鋼絞線、高強鋼絲等材料作為施力工具。在體外對橋梁外部結構施加預應力,以預應力產生的反彎矩部分抵消外荷載產生的內力,從而達到改善橋梁使用性能并提高承載能力的目的。該法具有加固,卸荷改變結構內力的三重功效。如圖1,加固前后示意。

　　圖1 ( a ) 未加固前

　　圖1 ( b ) 體外預應力加固后

　　3 體外預應力加固常用方法

　　根據施加預應力的方式不同,橋梁體外預應力加固的常用方法有:橫向收緊張拉法、縱向張拉法、豎向張拉法和頂彎梁法等。

　　3.1 橫向收緊張拉法

　　橫向收緊張拉法是在梁的下緣對稱梁中線安裝預應力筋,在距梁端適當距離處彎起并通過支點錨于梁端的錨固鋼板上,錨固鋼板呈Ｕ形套在梁端的下翼緣上。水平段的預應力筋用撐棍分成若干段,兩端的撐棍還起到支點的作用。在每段中點用拉緊螺栓將兩對稱筋收緊,拉桿即產生預應力。

　　3.2 縱向張拉法

　　縱向張拉法是沿預應力筋的軸線施加預應力的方法。預應力筋沿梁底布置,到梁的兩端設導向塊處彎起,錨固于梁的腹板或頂板上,再沿梁底或梁頂進行縱向張拉,以減小梁端的剪力。縱向張拉錨固構造主要有兩種,梁頂錨固和腹板錨固。體外預應力筋張拉方法與其構造形式有關,張拉位置可以在梁頂沿斜筋方向張拉,亦可在梁底沿水平方向張拉。其張拉程序與預制混凝土梁的相同。

　　3.3 豎向張拉法

　　豎向張拉法是采用在梁肋兩側對稱布置預應力筋,一般在梁端肋側錨固,在預應力筋中部豎直向上張拉,在梁肋底部用小橫梁固定預應力。橫梁的作用在于固定豎向張拉產生的鋼筋預應力,根據具體情況,橫梁可以設計成錨固于梁肋上不能滑動預應力筋的固定支點或可以在梁底活動的活動支點。

　　3.4 預彎梁法

　　以上三種方法,主要是解決梁下緣開裂的問題,有時為了防止梁上緣的開裂,可以采用預彎梁法。以下舉例說明此種方法:某簡支鋼板梁橋,由于荷載的增大,需要改善鋼板梁的受力狀態并提高橋面板的剛度,前者采用體外預應力筋加固,后者采用增厚橋面板的方法解決,為了抵消體外索張拉后在橋面板內產生的拉應力,緩和新增橋面板混凝土的收縮引起的拉應力,在澆筑之前,先搭設支架將主梁頂起,待新澆橋面板達到一定強度后再落下支架,讓橋面板在主梁的自重下產生一定的壓應力。然后再張拉體外預應力筋,對鋼板梁和橋面施加軸力和彎矩。

　　4 體外預應力加固施工工藝

　　體外預應力施工工藝主要流程為:施工方案編制→施工機具準備→轉向器安裝→體外索穿索→穿入限位裝置→安裝錨頭→單根張拉體外索→防松裝置及保護罩的安裝→ 保護罩及錨頭內灌注防腐油脂防護。

　　5 工程實例

　　某連續剛構橋梁建于80年代由于養護不當,汽車超載等因素,下緣混凝土破損,部分混凝土脫落,已出現縱向貫通裂縫,主鋼筋已嚴重銹蝕。隨著交通量的增長,橋面已出現下沉,偏差原來橋面設計標高。為了保證不長期中斷交通經過研究分析,采用體外預應力的方法對橋梁進行加固。加固方案如圖2。

　　圖2 體外臨時預應力索示意圖

　　5.1 恢復橋面設計標高

　　恢復橋面高程就是通過體外預應力作用橋跨跨中,給橋面一個向上的作用力,使得橋梁跨中應受力反彈復位,抵消或減小橋面下沉撓度,使得橋面恢復到原來的設計標高。通過采用臨時橫向鋼桁架體外預應力索來恢復橋面標高。當首先采用橫向排架支撐、體外預應力索對橋梁標高臨時實施校正,即在病害橋梁體外、跨中截面的下側和支點截面的上側架設橫向預應力轉向桁架,通過這個臨時措施,把需使得橋面抬高的力轉接給橋墩,方便高效,通過調整預應力的大小,逐步把橋面抬高到原來設計標高。

　　5.2 截面裂縫修補

　　由于交通量的增長和偶然荷載的撞擊,使得橋截面出現裂縫。由于剛橋跨中下撓較大,橋面裂縫出現在墩頂范圍內,而在跨中裂縫則出現在梁的底板、腹板及翼板上。采用高強度粘接劑,對裂縫實施灌漿封閉,而后再利為保證裂縫普查精確,使用專門的檢查儀器(25倍讀數顯微鏡)進行裂縫普查,然后封閉所有大于0.3mm的裂縫,插入壓漿嘴將高分子材料壓入并填充裂縫。對于L/4處的腹板斜裂縫,還應當采用鋼板進行加強。

　　5.3 轉向結構施工

　　由于在梁內施加體外預應力鋼索,為減少對原橋的破壞,,即根據加固設計要求確定體外預應力索固定點,以滿足受力要求并確保施工質量,鋼結構形成骨架后,將用兩鋼板將鋼制構件之間澆筑鋼纖維混凝土填實。同時遵照“墩頂靠上,轉向貼底”為原則,將轉向鋼管經過試安定位,所有鐵件外露部分需作環氧樹脂防腐。

　　5.4 加固效果分析

　　由實踐和數據證明,體外預應力是一種有效的加固技術,效果明顯,同時還具有良好的防腐性及抗疲勞抗裂性。體外預應力受力圖式安全可靠,并且在后期管理中易檢查和更換,方便維修及調整索力。體外預應力能夠較大幅度地提高舊橋承載能力,同時施工時可不中斷交通或短時間限制交通。施工時所需的人力物力少、工期短,經濟效益明顯,不影響對結構物損傷小,不影響凈空和標高,是一種理想的加固方法。

　　結語

　　隨著社會發展, 在今后的若干年里, 會有越來越來多的舊建筑物有可能出現工程質量事故問題, 需要維修和加固。建筑物維修、改造和加固的費用將逐步增加。體外預應力加固技術施工簡單, 加固效果良好, 定能得到極大的應用與發展。