体外预应力技术在桥梁加固中应用的思考

常世洲

(中交国通公路工程技术有限公司成都分公司， 610000 )

体外预应力技术在桥梁加固中应用的思考

常世洲

(中交国通公路工程技术有限公司成都分公司， 610000 )

随着城市建设的发展，桥梁的应用逐渐增加，为提高桥梁的耐久性以及加固受损桥梁，体外预应力技术得到广泛应用。这项技术采用后张法在构件纵向上施加预应力，从而提高结构强度和整体稳定性。实践证明，应用该方法加固的桥梁在施工过程中仍可正常通车，同时混凝土各构件应力变化可以控制在一定范围内，保证了桥梁新老部分工作的协调性，减小桥梁形变，提高了桥梁的承载能力。

体外预应力；桥梁加固；应用

体外预应力技术是提高混凝土构件强度最常用的方法之一，能够有效提高建筑物的稳定性。近十几年以来，我国越来越多的建筑物特别是公用建筑物受损严重，亟需处理，体外预应力技术因为能够在保证建筑物正常使用的情况下对建筑物进行有效加固，故得到越来越多的使用。桥梁作为一种大体积混凝土建筑，具有跨度大，修建条件差等特点，因此对加固条件的要求也比较高，体外预应力技术恰恰可以有效解决这些问题，使桥梁加固变得更加简单可靠。

1.体外预应力技术应用的目的及意义

桥梁是帮助公路横跨河流谷地的一种重要的交叉建筑物，桥梁的质量直接影响着公路的通畅程度。随着现代公路的修建逐渐深入地形复杂的地区，桥梁的数量越来越多，同时城市为解决交通拥堵问题也开始大量使用立交桥，这种复杂的陆地桥也是桥梁的一种。通过工程师的不断努力，桥梁结构实现创新，桥梁的跨度也在不断刷新纪录，桥梁建设过程中对减小自重，提高结构承载力的要求越来越高。为此，预应力混凝土开始得到广泛应用，对于新建桥梁，它能够提高其承载能力，对于使用一段时间的桥梁，又能够做到有效加固，延长其使用寿命。预应力混凝土结构的诸多优点，使它成为桥梁加固工程中最常见的技术手段，研究该技术的使用对提高桥梁承载力意义重大。

2.体外预应力技术的发展历史

对混凝土结构施加预应力的方法有两种，分别是先张法和后张法，其中应用于桥梁加固的体外预应力技术属于后张法。20世纪初，该技术由德国科学家提出并应用，这是第一次应用也是一次成功的应用。但是，由于条件有限，技术本身存在一些问题以及当时的桥梁对提高承载力的要求并不大等原因，体外预应力技术并没有得到广泛的应用，这种情况一致持续到上世纪60年代。直到七八十年代，随着钢筋耐久、锚固以及腐蚀问题的解决，体外预应力技术开始大量应用于美国、法国等国桥梁加固工程中，并在此过程中积累了丰富的经验，为未来发展提供了可能。尽管体外预应力技术发展至今依然存在不少问题，但是由于其施工过程中不影响桥梁正常使用，施工过程简单等诸多优势，受到越来越多的关注和使用。

3.体外预应力技术在桥梁中的应用

3.1 体外预应力混凝土的组成

应用于桥梁加固的体外预应力混凝土由三部分组成：索及其锚固工具、转向工具、防腐措施；放置钢绞线的管道；灌浆材料。

3.1.1 体外预应力索

预应力索是预应力技术的关键所在，为保证索的强度，工程上一般使用多股钢丝绞成的的钢绞线作为拉伸的预应力索，并在此基础上通过添加高分子材料形成其他性能更好的钢绞线品种，用来满足不同的施工要求。锚固工具的作用是使钢绞线在拉伸过程中不发生位置偏移，它是钢绞线与混凝土两处接触位置中的一种一处，另一处为设置转向设施的部位。

3.1.2 管道

在钢绞线的外部通常包裹有一层管道，用以防止外界环境侵蚀，提高预应力索的强度，管道的材料可以是全钢材也可以选择钢材与高密度聚乙烯材料相结合的材料。在包裹管道之前，钢绞线表面往往还会涂抹防腐的有机材料。在具体施工过程中，要先在混凝土梁内部加设管道，之后将钢绞线通过管道进行锚固。

3.1.3 灌浆

根据所要加固桥梁材料的特点，要选择合适的灌浆材料：一般来说，水泥灌浆使用范围最广，结构稍有离散或完全无粘结的都可以使用；油脂等非刚性材料则应用在以实现预应力索与结构毫无粘结的系统中，若桥梁加固有多次张拉的要求，往往会选择油脂灌浆以减少摩擦，方便更换拉伸材料。

3.1.4 预应力混凝土组成部分类别选择的影响因素

根据建筑物的防腐级别，建筑物加固长度，钢索调整等要求的不同，索的组成，灌浆材料，管道材料的选择也有相应的变化。对于在阴暗潮湿，酸碱度高的环境中修建的桥梁，例如跨海大桥，加固使用的钢索要有良好的防腐措施，避免使用普通钢绞线。有些桥梁在加固时为尽量提高强度需要进行多次张拉，对于有多次张拉要求的预应力技术，为保证钢索更换的简易性，通常使用油脂等非刚性材料进行灌浆，以减小摩擦力。

3.2 体外预应力在加固桥梁中的具体工艺

受体外预应力技术施工条件的限制，该技术主要应用于梁式桥梁的加固。加固的主要原理是通过在梁下部施加预应力，使梁上拱，平衡上部压力，减小挠度，以达到提高承载力的目的。根据细节的不同，体外预应力技术又可以分为下撑式或钢丝束加固法。

3.2.1 下撑式体外预应力加固法

下撑式顾名思义就是在桥梁下部使用拉杆对梁体施加预应力，这种做法要求桥梁下方有较大的空间用来安装拉杆。具体施工时，可以根据需要选择横向张拉或纵向张拉，两者的区别在于改变拉杆位置及收缩方向。在此基础上还有组合式以及竖向顶撑式的张拉方法。

3.2.2 钢丝束加固法

该方法不同于下撑式加固法，其预应力的作用位置为梁体上部。具体加固工艺中需要使用箍圈、钢丝索、锚垫板。箍圈的作用是固定钢束，此时的钢束形状为连接梁体两端的抛物线。具体锚固方法为，预应力索的两端穿过T型梁翼缘板延伸至梁顶锚固。

任何一种加固方法在完成张拉之后都需要采取必要的防腐措施，通常的做法为在预应力索的表面均匀涂抹防腐材料后覆盖一层混凝土。

4.体外预应力技术加固效果

通过体外预应力加固技术，桥梁的性能得到最大限度的提高，具体效果如下：

1）提高了桥梁主梁的承载力，改善了力的分布状态。通过在梁的下部施加预应力，平衡了桥梁上部荷载对桥梁截面下部的影响，使应力大幅降低。

2）减小了桥梁形变，增加了刚度，缩小了挠度。在梁体下部施加预应力，桥梁的变形明显减小，有效保证了上部车辆的行车安全。同时还能改善桥面的裂缝状况，加强了桥梁结构的整体性。

3）可调换钢绞线的使用，方便今后加固施工。现在桥梁加固工程中，通过选择合适的锚固系统和转向系统，能够做到多次张拉，并能够方便更换损坏的钢绞线，大大节约了桥梁的维护成本，提高了施工效率。

例如在松花江松原段内的大桥，在加固之前，主梁裂缝大量发育，桥面呈波浪状，严重影响了行车安全。经过预应力技术加固之后，桥梁主梁应力储备增加，改善了桥面变形，同时可调节预应力索的使用，也方便了今后进行维护。详情如图1。

图1 松花江大桥主梁裂缝发育状况图

结束语：

随着国内桥梁使用时间的增长，疲劳强度逐渐减小，严重影响了行车安全，为了增强桥梁使用年限，提高其承载力，越来越多的桥梁开始进行加固，体外预应力技术作为一种方便易行，成本低，不影响桥梁正常使用的方法受到广泛关注和使用。根据具体的施工特点，选择合适的施工工艺，通过可调节钢索的使用，为以后的加固施工提供了有利条件。在未来，通过科技人员的不断创新，体外预应力技术将得到更大的发展和应用，为桥梁技术的革新提供可能。

[1]杨丹. 体外预应力加固连续梁桥研究[D].沈阳建筑大学,2012.

[2]曲德超. 钢筋混凝土连续弯梁桥体外预应力加固研究[D].哈尔滨工业大学,2013.

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1007-6344（2015）08-0318-01