桥梁加固体外预应力技术研究

李鹏

摘 要：作为一种高效、经济的主动加固方法，体外预应力技术在危旧桥结构加固中具有良好的应用效果。为此，本文在全面了解体外预应力加固优点的基础上，结合具体工程案例，对桥梁加固体外预应力技术要点进行了分析与探讨，以期全面提升桥梁加固质量，推进桥梁工程建设事业持续、健康发展。

关键词：桥梁工程;加固方法;体外预应力技术;优点

中图分类号：U445.72 文献标识码：A

0 引言

随着我国交通运输事业的迅速发展，桥梁工程也得到了长足的发展。然而，在行车荷载和自然因素的长期作用下，大量桥梁均出现了不同程度的病害，这些病害的产生，将会桥梁运输带来严重的安全隐患。为恢复桥梁工程使用性能，必须采取科学、有效的加固方法。常见加固方法包括：粘贴钢板加固、体外预应力加固、增大截面加固等。作为一种简单、高效、有效的加固方法，体外预应力技术在桥梁结构加固施工中具有显著效果，可改善结构安全性能，延长桥梁工程使用寿命。

1 体外预应力加固优点

体外预应力加固是指利用转向块或锚固块进行定位、锚固，将体外索在加固桥梁上进行張拉处理，从而增强桥梁结构的承载力，改善正常运行条件下桥梁结构的应力状态和下挠程度。在危旧桥加固当中，相比其他加固技术，体外预应力法加固自重不大，可节约成本，且不会过多影响原桥梁结构，不仅可以当做临时加固措施使用，还能用于永久加固。于桥梁结构而言，体外预应力加固的卸载作用良好，加固施工之后，将会大幅提升桥梁结构的承载力。作为一种主动加固法，体外预应力加固的优点如下：

（1）通过对梁体外预应力束施加预应力，可以建立一个完整的加固体系，进而提升加固材料的使用率，可看做是一种施工效果良好的主动加固法。

（2）通过体外预应力加固技术的应用，可以对结构产生间接卸载，进一步提高结构的承载力和抗弯刚度。

（3）能够减小桥梁结构下挠，避免产生裂缝，或修复结构，促使裂缝闭合。

（4）施工作业简单，工期短，对交通影响小，投入少，具有良好经济性。

（5）体外预应力体系自重较轻，于墩台、基础来讲受力不大，可大大节省加固成本。

（6）便于体外预应力束应力调整和体外预应力筋的更新，预应力变化不大，不会出现疲劳等情况。

2 工程概况

某桥梁工程全长468 m，为三跨连续刚构桥，跨径为124 m+220 m+124 m。采用单箱单室箱形为主梁截面，浇筑C55混凝土，12 m、6.5 m分别为箱梁顶板宽度和底板宽度。经桥梁安全性能检测发现，桥梁整体刚度不足，部分位置存在大量裂缝。为此，需做相关试验验证，根据具体情况，采取科学、合理的方案进行病害处治。

3 外观检测及分析

通过安全检测发现，本桥梁存在大量裂缝问题，具体情况如下：

3.1 主梁开裂检测

（1）箱外底板裂缝。根据外观检测结果显示，纵桥向开裂是主桥箱梁外底板裂缝的主要表现形式，检测结果如表1所示。

根据现阶段我国相关规范要求，0.20 mm是纵向裂缝允许宽度最大值，本工程裂缝最大宽度为0.39 mm，已远远超过规范要求。究其原因在于：①箱梁内外温差大;②底板自重和薄壁箱梁产生扭转情况，将会出现附加应力;③曲线预应力布设于张拉箱梁底板部位时，极易产生径向力，导致底板中部下缘产生大量裂缝。

（2）箱内齿板裂缝。通过检查可见，箱梁内部齿板处也产生了大量裂缝，共检测出175条裂缝，裂缝总长度高达58.2 m，裂缝最大宽度为0.97 mm，远远超过规定值。究其原因在于，在桥梁主梁结构当中，①齿板属于严重受压区域，存在极为复杂的应力作用;②设计当中，部分配筋存在问题;③张拉预应力过程中，混凝土强度存在问题，这些问题的存在，均会导致齿板开裂。

除了箱外底板、齿板处产生裂缝外，在箱外腹板、翼缘板及箱内底板、腹板等位置也发现了开裂情况，但相对较少。除了裂缝病害之外，在箱外部分混凝土还存在其他病害，比如空洞、错台、麻面等。

3.2 跨中下挠检测

通过现场外观检测，本桥梁中跨跨中处存在下挠情况，集中存在于179 m～289 m之间，中跨跨中合拢段为最大下挠部位。通过测量分析，相比原设计值，高程较小，最低高程低出了13.2 cm。且两边跨桥面实测线形和原设计线形也不相符，测量的最大负偏差值在两边跨与梁端相距30 m处，该部位的桥面实测高程同样低于原设计值。则在其他部位，实测高程则在原设计值以上。跨中下挠产生的根本原因在于以下几点：①因为主梁混凝土收缩徐变，导致跨中下挠严重;②顶板悬臂施工束、底板预应力束损失，均会严重影响结构内力，导致跨中下挠产生。

4 加固方案的确定

作为桥梁整体刚度及强度的主要检测方法，静载试验更直观、更准确、更可靠。经静载试验检测可知，相比理论状况，本工程局部桥跨箱梁实际工作状况较差，对于裂缝较多的部位，挠度校验系数大于1，由于裂缝过多，极易出现刚度折减情况，说明结构刚度已无法达到设计要求。此外，在荷载作用下中跨跨中部位下挠情况严重，不仅会对桥梁的使用性能造成不利影响，甚至会危害桥梁安全性。为保障桥梁运行安全，决定进行箱梁补强加固处理，通过分析桥梁病害原因，为达到改善主梁应力状态，提高桥梁承载能力的目的。应采用增设纵向体外预应力钢束的施工加固方案。

5 加固施工要点

5.1 体外预应力加固

由于中跨、边跨部位的主拉应力值较高，因此，可将体外预应力钢束布设于中跨、边跨处，便于裂缝梁段的一部分剪力向根部梁段传递。根据现场实际情况，中跨、边跨所使用的加固钢绞线型号、数量均有所不同，具体如表2所示。并将1 860 MPa作为抗拉强度标准值。一般情况下，体外预应力束的张拉应力可控制在钢绞线设计强度的60%左右，即1 116 MPa。

由于体外预应力束使用量较大，布设时，可按照箱梁内部顶底板分散的方法进行分布。为便于后期桥梁养护维修，需采用可调可换式锚具。

锚固时，可采用边跨端部横隔板、墩顶位置的横隔板锚固体外预应力束。若锚固边跨桥台部位的横隔梁时，则必须先去掉部分桥台背墙，这样可以为更方便地放置锚具，并便于张拉施工。基于箱内空间不足，需选取混凝土横隔板作为转向装置。

5.2 中跨跨中箱梁底板抗弯加固

为达到底板裂缝有效封闭的效果，可将钢板粘贴到中跨跨中、边跨、次边跨处的箱梁底板底面上，用于抗弯加固。

5.3 加固有效性分析

为检验体外预应力的加固效果，在承载能力极限状态下，经计算分析可见，对于本工程体外预应力加固在正截面抗弯、斜截面抗剪等方面具有良好的施工效果。具体试验检测结果为：

（1）正截面抗弯安全系数分析。在墩顶处，检测所得的正截面抗弯安全系数从1.12增至了1.16。

（2）斜截面抗剪安全系数分析。在中跨2L/8、6L/8处，检测所得的斜截面抗剪安全系数从0.95增至了1.03。

由此说明，在承载能力极限状态下，通过体外预应力加固施工可以对桥梁安全储备发挥积极的效应。

在正常使用极限状态下，经计算分析可见，桥梁工程采用体外预应力加固施工后，箱梁截面上、下缘主拉应力均存在不同程度的下降。究其原因，梁内体外预应力筋的布设，将会产生一定竖向分力，促使剪力减小，最终起到降低混凝土主拉应力的效果。于裂缝区域而言，主拉应力的减小将会有效抑制裂缝产生。

于桥梁中跨跨中下挠情况来讲，利用体外预应力加固施工能够有效提升桥梁的整体刚度。经试验检测结果可知，本工程中跨跨中部位在行车荷载作用下，其跨中下挠现象有所改变，下挠值从原来70.03 mm降至了56.27 mm，边跨挠度同样也有所下降。整体来讲，体外预应力技术对于桥梁加固施工具有良好的應用效果。

6 结束语

综上所述，自改革开放以来，我国交通事业快速发展，桥梁作为道路桥梁的重要组成部分，其数量也在成倍增长。然而，随着桥梁数量的迅速增加，大量桥梁病害也不断显现，尤其是上世纪80年代修筑的桥梁工程，很多桥梁已变成了危桥、旧桥，其使用性能已无法满足标准规定，甚至会引发严重的安全事故。为此，必须采取切实可性的措施，加固桥梁结构，提高结构承载能力和耐久性，保证结构安全。相比其他加固技术，体外预应力技术更具优势，不仅能够有效提升桥梁结构承载能力，还对交通干扰小，具有良好经济效益。

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