论文部分内容阅读
【摘 要】体外预应力技术因其多方面的优点，逐渐在桥梁加固中得到广泛应用，本文概要的介绍了体外预应力技术及其在桥梁加固工程中的应用。
【关键词】体外预应力；桥梁；加固；应用
随着我国的桥梁事业的发展和各种重型车辆的运行，公路桥梁负荷日趋加重，如何提高其承载力，做好旧桥、危桥的加固维修，确保交通运输的安全已经迫在眉睫，体外预应力技术是一种效果很好的桥梁加固技术，得到了广泛应用。
1.体外预应力桥梁加固的机理
桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力，以延长其使用年限，适应现代交通运输的要求。通过在梁体外布设钢材的拉杆或撑杆，并与被加固的梁体锚固联结，然后施加预应力，强迫后加的拉杆或撑杆受力，从而改变原结构的内力分布，并降低原结构应力水平，使结构总承载力显著提高，通过减少结构的变形，使裂缝宽度缩小甚至完全闭合。这就是体外预应力加固梁式桥梁的机理。体外预应力下撑式拉杆加固补强方法是最常用的一种，还有一种加固方法就是体外预应力钢丝束加固法。
2.体外预应力技术在桥梁加固中的应用
体外预应力加固技术实质上就是对结构施加体外预应力，以抵消部分外荷载产生的内力。预应力加固法是一种主动加固法，它能通过合适的预应力值来改善原结构的应力变形状态，增加结构构件的承载能力。因其加固效果显著可靠，运用很广阔。
2.1优点
（1）加固力筋的布置可以根据需要布置线型，可与外弯矩图形相似，而且力筋布置灵活，可以全梁加固，也可局部加固。
（2）体外索仅在锚固处和转向处与结构相连，减小摩阻损失，由荷载产生的应力变化分散在预应力筋全长上，应力变化值小，对结构受力有利，提高体外索的使用效率。
（3）体外预应力技术是对原结构的主动加固，体外索对原结构施加的预应力简洁明了，可以部分恢复跨中下挠量和阻止其进一步下挠，在补偿原桥预应力损失的同时使结构的应力状态明显改善，加固效果可靠。
（4）锚固和转向构件结构形式灵活可变，设置在梁体内部不影响桥下净空、跨径和桥梁外观。
（5）体外预应力体系整体自重较小，一般不需对下部结构进行格外的加固处理。
（6）施加的预应力可以根据需要通过调整索力来增减，体外索可以整束调整或更换，使用期间的维护比较方便。
2.2 力学特点
预应力加固方法实际上是使被加固结构成为一个带柔性拉杆的超静定结构，它的独特之处就在于：加固前桥梁所受荷载由恒载和活载组成，预应力筋的张拉控制值是在上部结构的恒载作用下读取的，即带载加固。因此在计算预应力筋荷载作用下的应力增量时，应仅考虑活载的作用。根据上述受力特点，可将预应力加固桥梁结构分为施加预应力与活载作用两个阶段进行受力分析。体外预应力结构的适用范围非常广泛，既可用于预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑工程结构等新建结构、既有的钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的重建、加固和维修，也可用于结构中无法放置预应力筋的结构(如钢结构、复合结构等)，还可以用于临时预应力混凝土结构或施工临时性钢索。
2.3 加固效果
加固效果是评定加固方法好坏、成功与否的重要指标。对桥梁在使用体外预应力进行加固后其横截面的正常使用极限状态和承载能力极限状态抗弯承载能力的计算方法，有一些比较适用的方法。但是对箱梁在横向加固情况下的受力分析和整体加固效果研究并不多。
从结构分析的角度，当不考虑原结构能够承担的剪力，可以分析出：结构受到预应力后可以延迟截面砼的开裂，增加砼对钢筋的握裹力，增强纵筋的销栓作用，抵消部分斜截面的剪应力，从而提高截面的抗剪承载能力。若体外索在支座附近转向弯起，截面抗剪承载能力的提高就应该包括体外索的贡献。使抗弯和抗剪能力同时得以较大幅度的提高，从整体上增强加固效果，将是一个重要的研究课题。
3.常用的体外预应力加固方法及施工工艺
采用体外预应力对梁式桥上部结构进行补强加固，其作法是在梁的下缘受拉区设置用粗钢筋形成的预应力拉杆或预应力钢束，通过张拉对梁体产生偏心的预应力，在此偏心压力作用下梁体上拱，荷载挠度减小，改善结构受力，从而提高承载能力。
3.1 下撑式预应力拉杆(粗钢筋)加固法
若桥下净空条件许可，可以采用在梁下设置预应力拉杆(粗钢筋)体系进行补强，有时也可将粗钢筋锚固在从梁端数起的第二道横隔板上。改变支撑点的位置和调整拉杆中的拉力以满足承载力的要求。
（1）横向收紧张拉法。作为拉杆的粗钢筋分两层布置在梁肋底面两侧，在靠近梁端适当位置上弯起，与固定在梁端的钢制u形锚固板焊接。粗钢筋弯起处用短钢筋支撑，纵向每隔一定间距设一道撑棍和锁紧螺栓。通过收紧器将拉杆横向收紧而使拉杆受力，从而在梁体产生预压应力。
a、粘贴锚固钢板，将梁端混凝土保护层凿除，使主筋外露，清除碎渣浮浆后用环氧砂浆粘贴u形锚固钢板。
b、焊接拉杆粗钢筋，先将粗钢筋的弯起段按设计斜度焊在锚固板上，然后用夹杆焊将粗钢筋的水平段与弯起段焊在一起。
c、安装张拉装置，先放好弯起点垫块撑棍，再安设中间撑棍及锁紧螺栓，紧贴锁紧螺栓处安放收紧器。
d、预张拉，预张拉的目的在于检查拉杆的焊接质量，预张拉力按设计张拉力的80％～9O％控制，预张拉力保持12h后卸除。
e、张拉，旋紧收紧器，使两侧拉杆向中间收拢，按设计收紧量对称分次收紧，达到设计收紧量后再收紧l～2mm，然后拧紧锁紧螺栓，并用双螺帽锁住。最后卸除收紧器。
（2）纵向张拉法。当采用纵向张拉法补强加固时，拉杆钢筋仍沿梁底部布置，两端向上弯起。
它与横向收紧张拉法不同之处在于：拉杆两端弯起段通常都穿过翼缘板上的斜孔伸至桥面，拉杆端部设有丝扣，用轧丝锚锚固于梁顶的锚固槽内。纵向张拉法对拉杆钢筋施加预应力可以用旋紧螺帽，端部用张拉千斤顶张拉，拉杆中间设置法兰螺丝收紧扣及电热张拉等手段完成。
（3）组合式预应力补强拉杆加固法。这是既布置水平补强拉杆，也布置有下撑式补强拉杆的组合式预应力加固方法。
（4）竖向顶撑张拉法。采用竖向顶撑张拉法是在梁端底部设置u形钢锚固板，沿梁底设置拉杆，拉杆两端焊在钢锚固板上，在梁的l／4跨径及跨中(或跨间横隔板)位置设置张紧夹具，张紧夹具安装在固定于梁腹或横隔板上的承托架上给拉杆施加预应力，当拉杆达到设计应力值后，用钢筋混凝土垫块在拉杆与梁底面间楔紧，以固定拉杆位置并保持张拉力，作后卸除张紧夹具和承托架并做好拉杆的防锈处理。
3.2 体外预应力钢丝束加固法
采用体外预应力钢丝束加固梁式上部结构，一般沿梁肋侧面按某种曲线线形设置预应力钢丝束。为保持曲线线形并固定钢束位置，在梁底每隔一定间距(5O一100cm)设置一个定位箍圈(有梁底向上兜)，或者在梁肋侧面埋设定位销。钢丝束的两端头则穿过梁端翼缘板上的斜孔伸至梁顶锚固。为了防止钢丝束的锈蚀，预应力钢丝束应放在保护导管内，或者张拉后在钢丝束周围用混凝土包裹。
（1）钻孔，在梁端顶面先凿出锚固槽，在沿梁肋两侧方向按设计斜度钻孔。
（2）安装锚固板，锚固板一般用厚度15mm的钢板制成，在钢丝束位置上钻出穿丝孔，用环氧砂浆将锚固板固定在锚固槽内。
（3）箍圈定位，u型定位箍圈常用Ф12～Ф16钢筋焊制，顶端设有穿钢丝束用的套环，钢丝束由一端锚固板穿入经过各定位箍圈，再从另一端锚固板穿出并收紧钢丝束后用轧丝锚头临时固定。
（4）张拉，在钢丝束一端用张拉千斤顶或绞车张拉钢丝束，待达到设计值后即进行锚固，在浇筑封头混凝土。
（5）防护处理，钢丝束涂上红丹和防锈漆，外面再罩以砂浆或混凝土保护层，或者用套管封闭钢丝束。
【参考文献】
［１］堪润水，胡钊芳．公路旧桥加固技术与实例[M]．北京：人民交通出版社，2001．
［２］刘来君，赵小星．桥梁加固设计施工技术[M]．北京：人民交通出版社，2004．
［３］盛超．体外预应力技术在工程加固中的应用与发展[J]．山西建筑，2006，32(23)：150—151．
【关键词】体外预应力；桥梁；加固；应用
随着我国的桥梁事业的发展和各种重型车辆的运行，公路桥梁负荷日趋加重，如何提高其承载力，做好旧桥、危桥的加固维修，确保交通运输的安全已经迫在眉睫，体外预应力技术是一种效果很好的桥梁加固技术，得到了广泛应用。
1.体外预应力桥梁加固的机理
桥梁加固一般是通过对构件的补强和结构性能的改善来恢复或提高现有桥梁的承载能力，以延长其使用年限，适应现代交通运输的要求。通过在梁体外布设钢材的拉杆或撑杆，并与被加固的梁体锚固联结，然后施加预应力，强迫后加的拉杆或撑杆受力，从而改变原结构的内力分布，并降低原结构应力水平，使结构总承载力显著提高，通过减少结构的变形，使裂缝宽度缩小甚至完全闭合。这就是体外预应力加固梁式桥梁的机理。体外预应力下撑式拉杆加固补强方法是最常用的一种，还有一种加固方法就是体外预应力钢丝束加固法。
2.体外预应力技术在桥梁加固中的应用
体外预应力加固技术实质上就是对结构施加体外预应力，以抵消部分外荷载产生的内力。预应力加固法是一种主动加固法，它能通过合适的预应力值来改善原结构的应力变形状态，增加结构构件的承载能力。因其加固效果显著可靠，运用很广阔。
2.1优点
（1）加固力筋的布置可以根据需要布置线型，可与外弯矩图形相似，而且力筋布置灵活，可以全梁加固，也可局部加固。
（2）体外索仅在锚固处和转向处与结构相连，减小摩阻损失，由荷载产生的应力变化分散在预应力筋全长上，应力变化值小，对结构受力有利，提高体外索的使用效率。
（3）体外预应力技术是对原结构的主动加固，体外索对原结构施加的预应力简洁明了，可以部分恢复跨中下挠量和阻止其进一步下挠，在补偿原桥预应力损失的同时使结构的应力状态明显改善，加固效果可靠。
（4）锚固和转向构件结构形式灵活可变，设置在梁体内部不影响桥下净空、跨径和桥梁外观。
（5）体外预应力体系整体自重较小，一般不需对下部结构进行格外的加固处理。
（6）施加的预应力可以根据需要通过调整索力来增减，体外索可以整束调整或更换，使用期间的维护比较方便。
2.2 力学特点
预应力加固方法实际上是使被加固结构成为一个带柔性拉杆的超静定结构，它的独特之处就在于：加固前桥梁所受荷载由恒载和活载组成，预应力筋的张拉控制值是在上部结构的恒载作用下读取的，即带载加固。因此在计算预应力筋荷载作用下的应力增量时，应仅考虑活载的作用。根据上述受力特点，可将预应力加固桥梁结构分为施加预应力与活载作用两个阶段进行受力分析。体外预应力结构的适用范围非常广泛，既可用于预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑工程结构等新建结构、既有的钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的重建、加固和维修，也可用于结构中无法放置预应力筋的结构(如钢结构、复合结构等)，还可以用于临时预应力混凝土结构或施工临时性钢索。
2.3 加固效果
加固效果是评定加固方法好坏、成功与否的重要指标。对桥梁在使用体外预应力进行加固后其横截面的正常使用极限状态和承载能力极限状态抗弯承载能力的计算方法，有一些比较适用的方法。但是对箱梁在横向加固情况下的受力分析和整体加固效果研究并不多。
从结构分析的角度，当不考虑原结构能够承担的剪力，可以分析出：结构受到预应力后可以延迟截面砼的开裂，增加砼对钢筋的握裹力，增强纵筋的销栓作用，抵消部分斜截面的剪应力，从而提高截面的抗剪承载能力。若体外索在支座附近转向弯起，截面抗剪承载能力的提高就应该包括体外索的贡献。使抗弯和抗剪能力同时得以较大幅度的提高，从整体上增强加固效果，将是一个重要的研究课题。
3.常用的体外预应力加固方法及施工工艺
采用体外预应力对梁式桥上部结构进行补强加固，其作法是在梁的下缘受拉区设置用粗钢筋形成的预应力拉杆或预应力钢束，通过张拉对梁体产生偏心的预应力，在此偏心压力作用下梁体上拱，荷载挠度减小，改善结构受力，从而提高承载能力。
3.1 下撑式预应力拉杆(粗钢筋)加固法
若桥下净空条件许可，可以采用在梁下设置预应力拉杆(粗钢筋)体系进行补强，有时也可将粗钢筋锚固在从梁端数起的第二道横隔板上。改变支撑点的位置和调整拉杆中的拉力以满足承载力的要求。
（1）横向收紧张拉法。作为拉杆的粗钢筋分两层布置在梁肋底面两侧，在靠近梁端适当位置上弯起，与固定在梁端的钢制u形锚固板焊接。粗钢筋弯起处用短钢筋支撑，纵向每隔一定间距设一道撑棍和锁紧螺栓。通过收紧器将拉杆横向收紧而使拉杆受力，从而在梁体产生预压应力。
a、粘贴锚固钢板，将梁端混凝土保护层凿除，使主筋外露，清除碎渣浮浆后用环氧砂浆粘贴u形锚固钢板。
b、焊接拉杆粗钢筋，先将粗钢筋的弯起段按设计斜度焊在锚固板上，然后用夹杆焊将粗钢筋的水平段与弯起段焊在一起。
c、安装张拉装置，先放好弯起点垫块撑棍，再安设中间撑棍及锁紧螺栓，紧贴锁紧螺栓处安放收紧器。
d、预张拉，预张拉的目的在于检查拉杆的焊接质量，预张拉力按设计张拉力的80％～9O％控制，预张拉力保持12h后卸除。
e、张拉，旋紧收紧器，使两侧拉杆向中间收拢，按设计收紧量对称分次收紧，达到设计收紧量后再收紧l～2mm，然后拧紧锁紧螺栓，并用双螺帽锁住。最后卸除收紧器。
（2）纵向张拉法。当采用纵向张拉法补强加固时，拉杆钢筋仍沿梁底部布置，两端向上弯起。
它与横向收紧张拉法不同之处在于：拉杆两端弯起段通常都穿过翼缘板上的斜孔伸至桥面，拉杆端部设有丝扣，用轧丝锚锚固于梁顶的锚固槽内。纵向张拉法对拉杆钢筋施加预应力可以用旋紧螺帽，端部用张拉千斤顶张拉，拉杆中间设置法兰螺丝收紧扣及电热张拉等手段完成。
（3）组合式预应力补强拉杆加固法。这是既布置水平补强拉杆，也布置有下撑式补强拉杆的组合式预应力加固方法。
（4）竖向顶撑张拉法。采用竖向顶撑张拉法是在梁端底部设置u形钢锚固板，沿梁底设置拉杆，拉杆两端焊在钢锚固板上，在梁的l／4跨径及跨中(或跨间横隔板)位置设置张紧夹具，张紧夹具安装在固定于梁腹或横隔板上的承托架上给拉杆施加预应力，当拉杆达到设计应力值后，用钢筋混凝土垫块在拉杆与梁底面间楔紧，以固定拉杆位置并保持张拉力，作后卸除张紧夹具和承托架并做好拉杆的防锈处理。
3.2 体外预应力钢丝束加固法
采用体外预应力钢丝束加固梁式上部结构，一般沿梁肋侧面按某种曲线线形设置预应力钢丝束。为保持曲线线形并固定钢束位置，在梁底每隔一定间距(5O一100cm)设置一个定位箍圈(有梁底向上兜)，或者在梁肋侧面埋设定位销。钢丝束的两端头则穿过梁端翼缘板上的斜孔伸至梁顶锚固。为了防止钢丝束的锈蚀，预应力钢丝束应放在保护导管内，或者张拉后在钢丝束周围用混凝土包裹。
（1）钻孔，在梁端顶面先凿出锚固槽，在沿梁肋两侧方向按设计斜度钻孔。
（2）安装锚固板，锚固板一般用厚度15mm的钢板制成，在钢丝束位置上钻出穿丝孔，用环氧砂浆将锚固板固定在锚固槽内。
（3）箍圈定位，u型定位箍圈常用Ф12～Ф16钢筋焊制，顶端设有穿钢丝束用的套环，钢丝束由一端锚固板穿入经过各定位箍圈，再从另一端锚固板穿出并收紧钢丝束后用轧丝锚头临时固定。
（4）张拉，在钢丝束一端用张拉千斤顶或绞车张拉钢丝束，待达到设计值后即进行锚固，在浇筑封头混凝土。
（5）防护处理，钢丝束涂上红丹和防锈漆，外面再罩以砂浆或混凝土保护层，或者用套管封闭钢丝束。
【参考文献】
［１］堪润水，胡钊芳．公路旧桥加固技术与实例[M]．北京：人民交通出版社，2001．
［２］刘来君，赵小星．桥梁加固设计施工技术[M]．北京：人民交通出版社，2004．
［３］盛超．体外预应力技术在工程加固中的应用与发展[J]．山西建筑，2006，32(23)：150—151．