预应力加固技术在公路桥梁工程中的应用

马孝军

(贵州省遵义公路管理局)

1 预应力加固技术的发展现状

目前，一部分桥梁由于自然灾害、使用时间较长出现自然老化，以及设计和施工等的限制和影响，其承载能力不能满足现代社会发展的要求。经过桥梁设计者及相关工作人员的反复研究和实践显示，合理的桥梁加固技术能够有效的提高桥梁的承载能力，提升其的安全性能和耐久力，延长了桥梁的使用寿命。其中，体外预应力加固技术在保证构架承载力和耐久性的基础上，凭借着更换预应力筋方面，需要的人力物力少，工期短，结构自重轻等优势，受到桥梁工程设计者的青睐。

体外预应力技术属于后张预应力体系的分支，它对置于混凝土截面之外的预应力筋进行张拉，通过体外筋端部锚具和转向块将预应力传递给混凝土结构。相对于增加受力截面积的传统被动加固方法，体外预应力加固梁不仅本身的重量增加较少，还能极大程度的改善桥梁原来的受力情况，进而提升桥梁的耐久力、抗裂性和承载能力。与梁底增焊钢筋的加固法相比，体外预应力加固法不需要清凿桥梁混凝土的保护层，对桥梁本身的损失较低，同时，在加固过程中基本不影响桥梁正常的交通运行，因而经济效益和社会效益显著。

2 体外预应力加固技术的构造分析

体外预应力是指由分布于受力构件主体之外的钢束张拉而产生的应力。在设计过程中，仅需要在桥梁构件本体内设置预应力钢束的锚固区域，而转向块则放在构件体内或体外都可以。体外预应力体系主要包括浆体、管道、锚固区域以及转向块等部分。体外预应力结构在进行预应力施加过程中，首先需要将斜筋和滑块连接紧密，并将滑块固定在斜筋的上面区域。在对水平拉杆进行张拉过程中，桥梁地步两个滑块由于受到千斤顶的推力作用，产生相向的滑动，在滑动的过程中，斜筋受力伸长，此外滑块和垫板之间会形成一个垂直方向的压力和水平方面的摩擦力，水平筋在各个力的作用下最终达到控制值。其中斜筋形成的水平分力对桥梁施加一个偏心压力，而斜筋形成的竖直分力则对桥梁施加一个负弯矩和负剪力。在这些预加压力的共同作用下，桥梁内部形成一定的抗力，这些抗力可以抵消部分外荷载形成的内力，从而提升桥梁的承载能力。

而体外预应力结构受到活载作用时，梁体由于受力弯曲发生一定的形变，增加了水平筋拉力，同时斜筋对桥梁主体产生的正压力以及对应的摩擦阻力都会随着活在作用发生变化。需要注意的是，各个拉杆内力增量之间的平衡关系受到体外预应力结构的构造形式，尤其是滑块构造形式影响。

3 预应力技术在加固桥梁中的应用研究

3.1 体外预应力技术的特点

(1)质量检测方便，在运行过程中也可以对构件进行维修、养护。

(2)预应力筋并没有直接连接混凝土截面，因此，其施工较为方便，其施工质量有保障。

(3)体外预应力技术的束形较为简单，摩擦损失较小。

3.2 体外预应力加固技术的特点

(1)体外预应力加固技术具有明显的加固效果，一方面能够极大的提高桥梁的承载强度，另一方面还能增强桥梁的抗裂强度。

(2)该技术施工工艺相对简单，对交通的干扰较小，需要的人力物力投入低，工期短，极大的提高了工程经济效益。

(3)对桥梁的原结构改变小，实现了不增加路面标高的情况下，提高桥梁的承载力和耐压力。

(4)防腐蚀效果显著。

3.3 体外预应力加固的适用条件

(1)适用于构件正截面受弯出现承载力下降，或是正截面受拉力的地区钢筋被腐蚀的情况。

(2)由于桥梁的抗弯曲韧性不够，导致桥梁的挠度远远大于设计规范的要求，或是桥梁刚度不够使得桥梁的受拉区出现大于设计允许的裂缝宽度的情况。

(3)桥梁的斜截面的承载能力不够的情况也适合采用体外预应力加固技术。

4 预应力加固技术在施工过程存在的问题及对策

目前预应力钢材主要有预应力钢筋、矫直回火预应力钢丝、冷拉预应力钢丝、普通预应力钢绞线低松弛预应力钡丝和低松驰钢绞线等。其中，新一代预应力钢材低松弛钢绞线凭借着施工方便、对施工工艺和设备要求较低，人力投入低以及性能优越、使桥梁增加自重轻、美观等优势，受到设计者的青睐，被广泛的采用。

对于后张预应力混凝土结构的防腐蚀以及预应力筋和结构混凝土之间共同作用的问题，其通常采用的解决办法是利用压力灌浆方法将水泥浆充满预应力筋预埋孔道和各个预应力筋间的空隙。如果后预应力筋不是水平状态，出现多跨度弯曲或是倾斜状态，会导致水泥浆的泌水蒸发后，出现一个没有水泥浆的空间，而在这个空间中的预应力筋则会失去水泥浆的保护。由于高应力状态下的预应力筋极容易受到腐蚀，从而导致该部分的预应力筋被腐蚀，进而出现断面和缺损现象，降低预应力构件的承受力，导致其安全性能减低，耐久性降低。由此可见，预应力筋构件的耐久性、安全性以及预应力筋的防腐蚀性直接受到灌浆质量的高低影响。因此，在进行预应力孔道灌浆施工过程，要重点解决一下问题:应力筋预埋孔道没有充满水泥，存在一定的空隙;水泥浆硬化之后由于其本身性能的影响，出现收缩，不能完全贴合孔道壁;水泥浆硬化之后的强度不符合工程需要。

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