体外预应力技术在桥梁加固中的应用

何广宝

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

当前，我国交通运输事业取得了极大的发展，但随着交通量的增大，许多桥梁都出现了不同程度和种类的病害，因而需要加固。根据我国桥梁领域众多工程技术人员对桥梁加固技术的研究和实践，在桥梁加固工程中采用体外预应力加固技术是一种简便、有效的方法，可以达到改善桥梁使用性能和提高桥梁承载能力的目标。

1 体外预应力技术结构及体系

体外预应力技术是指将预应力筋布置在结构构件截面之外的预应力技术，是相对于传统的预应力筋布置在截面内来说的。

1.1 体外预应力技术结构

在实际加固过程中，体外预应力结构的预应力一般设置于整体结构以外的部分。体外预应力索一般是由多根绞线组合而成，其因此而得名。运用体外预应力对整体结构进行加固处理的具体方法是在侧梁下半部分增加体外预应力钢丝索，然后在其中设置一道连接构建，将其紧密地连接为一体，使之成为一个体系，伴随体外预应力索的增设，增大了体外预应力的强度，其所起的作用就是对部分恒载应力加以抵消，使卸载作用加强，整个桥梁结构的承载力也随之增大。体外预应力结构如图1－1所示。

图1-1 体外预应力基本结构示意图

1.2 体外预应力技术体系

体外预应力技术体系主要包括两个方面的内容：

a）无粘结体外预应力体系 主要由单根无粘结筋平行地穿入HDPE管之中，首先完成灌浆工艺，由水泥浆体将单根无粘结筋加以定位；

b）有粘结体外预应力体系 该体系中的钢绞线主要穿过钢管的孔道之中，产生一定强度的张力之后，将水泥浆灌入其中。

2 体外预应力加固原理及其方法

2.1 体外预应力技术加固原理

体外预应力加固技术一般采用高强钢丝或粗钢筋钢绞线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，以此达到改善桥梁使用性能和提高承载力的目的。这种方法具有加固、卸荷及改变结构内力的三重功效。图2－1、图2－2为加固前后示意图。

图2-1 采用体外预应力加固前

图2-2 采用体外预应力加固后

2.2 体外预应力技术加固方法

体外预应力加固方法一般分为下撑式预应力拉杆加固法和外部预应力钢索加固法。

2.2.1 下撑式预应力拉杆加固法

此类预应力拉杆包括如下三大类：

a）直线型 主要适用于正截面抗弯承载力不充分的梁的折架之中；

b）折线型 主要适用于正截面及斜截面抗承载能力均不充分的下弦杆；

c）混合型 适用于正截面抗弯承载力不够充分的梁之中。

2.2.2 外部预应力钢索加固法

外部预应力钢索加固一般采用预应力钢丝束或钢绞线，沿梁肋侧面按某种线形设置，通过张拉实现体外预应力。梁底设置若干定位装置，以保证钢索线形并固定其位置。钢索锚固于梁两端。预应力钢索通常套以保护管，或待张拉锚固后用混凝土包裹，以防锈蚀。

3 体外预应力技术加固桥梁施工流程及实例分析

3.1 体外预应力技术加固桥梁施工流程

一般而言，体外预应力施工主要包括如下九个流程：

a）编制施工方案；

b）准备施工机具；

c）安装转向器；

d）体外索穿索；

e）穿入限位装置；

f）安装锚头；

g）单根张拉体外索；

h）安装防松装置及保护罩；

i）在保护罩和锚头内注入油脂，以防止腐蚀。

3.2 体外预应力技术加固桥梁实例分析

某连续钢构桥梁已经建成30多年，因为汽车超载等因素，下缘混凝土已经破损，而且部分混凝土已经脱落，出现纵向贯通裂缝，主钢筋已经发生严重锈蚀。随着交通量的增长，桥面已经产生下沉，与原来桥面设计标高产生了偏差。经过研究分析，为了不影响交通状况，决定采用体外预应力技术对该桥进行加固。

3.2.1 对桥面设计标高进行恢复

若要将桥面设计的标准高度加以恢复，就需要经过体外预应力作用于桥梁横跨，给桥面施加方向为向上的作用力，最终使得桥梁横跨中应受力反弹复位，从而使得桥面下沉挠度出现显著性下降，桥面恢复至原来的设计标高。

3.2.2 对截面裂缝进行修复

桥截面在交通量的增长与荷载现象的撞击下产生了裂缝。由于刚桥跨中下挠比较大，桥面裂缝出现在墩顶领域中，而跨中裂缝则出现在梁的底板、腹板和翼板上。采用高强度粘接剂，对裂缝实施灌浆封闭，而后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，还需要用钢板来加强，如图3所示。

图3 钢板加固示意图

3.2.3 对转向结构的施工

为了降低对原桥的影响，在梁内施加体外预应力钢索的时候，根据加固设计要求确定了体外预应力索固定点，以此来达到受力要求和保障施工质量。在钢结构形成骨架以后，在钢制构件之间浇筑C50钢纤维混凝土来填实。同时按照“墩顶靠上，转向贴底”的原则，将转向钢管经过试安定位，并对铁件外露部分作环氧树脂防腐处理。

4 结语

体外预应力技术是一种灵活的主动加固技术，相对于其他常规的桥梁加固措施，它可以主动改善结构的应力状况，大幅度提升结构的安全性能。体外预应力加固加固桥梁具有诸多优点，例如，人力投入少、施工工期短；在加固过程中，不影响原来交通状况；对原桥结构损伤较小；加固方式灵活，可以全梁加固，也可局部加固等。但是任何事情都有两面性，体外预应力技术也有一些缺点，因此在桥梁加固中需要具体情况具体分析，使其在桥梁加固工程中发挥更加有效的作用。

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