体外预应力

体外预应力（精选10篇）

体外预应力 篇1

据不完全统计, 中国20多万座公路桥中危桥数量达6千多座, 美国坍塌桥梁的“结构性缺陷”评级达到50%, 德国桥龄在20～30年的预应力混凝土桥梁中50%以上都有中等以上损伤, 从而使桥梁加固显得尤为紧迫且重要。尽管目前有增大截面、锚喷混凝土、CFRP等加固方法, 但都不及体外预应力加固技术的优点突出, 因此体外预应力加固技术成为很多加固设计的首选, 其具有非常广阔的应用前景。

1 桥梁体外预应力技术原理

1.1 概述

体外预应力结构这一概念最早源于法国, 比体内预应力概念提出的还要早, 但是发展没有体内预应力快, 因此在20世纪发展的比较缓慢, 目前体外预应力发展的已经比较成熟了, 广泛的运用于旧桥的加固, 甚至是运用于新建工程。体外预应力技术已得到业界的广泛认可和支持, 因此逐渐发展壮大起来, 在很多方面都有体内预应力技术无法替代的优点, 尤其在旧桥加固方面, 体内预应力技术更是大展拳脚, 而在新建工程方面为了避免体内预应力的诸多缺点, 如混凝土灌注的困难, 因压浆不密而产生的预应力束腐蚀, 又难以检测和更换等等而有了一定的应用, 并取得了良好的效果。体外预应力体系是后张预应力体系的一个重要分支, 是一种应用完全位于构件主体截面以外的预应力束来对构件施加预应力的结构体系。

1.2 体外预应力的特点

1.2.1 体外预应力的优点

(1) 简化预应力筋曲线形式, 并提高预应力使用效率。 (2) 预应力布置灵活。 (3) 锚固构件外形尺寸小, 能有效提高结构的承载能力。 (4) 与旧结构无粘结, 对结构受力非常有利。 (5) 体外索可调可换以便于运营期间的正常维护。

1.2.2 体外预应力的缺点

(1) 防腐、保护相对较困难。 (2) 容易产生应力集中, 对锚固施工要求高。 (3) 不能充分发挥体外索强度高的优点。 (4) 容易造成预应力损失。

1.3 体外预应力的组成

体外预应力由锚具、体外索、锚固块及转向块、减振装置、施工机具等主要部分组成, 下面来分别介绍。

1.3.1 锚具

体外预应力体系仅靠锚固端传力, 所以体外预应力锚固体系的安全性和可靠性比其他一般体内预应力锚固体系高很多。

1.3.2 体外索

体外索常采用无粘结钢绞线, 由于环氧喷涂带PE的钢绞线具备很好的耐腐蚀性能, 且适用性强, 因此目前广泛适用在桥梁加固中。

1.3.3 锚固块及转向块

体外预应力体系仅靠锚固块和转向块传力, 因此锚固块和转向块必须和原结构具备有效连接及传递应力的能力, 锚固块和转向块通常采用钢筋混凝土结构或钢结构型式。

1.3.4 减振装置

体外预应力体系的减振装置应用于锚固块与转向块或转向块与转向块之间的自由长度较大的体外索位置, 主要目的是为了减小体外索在动荷载作用下的振动影响。

1.3.5 施工机具

体外索的张拉机具依不同的张来要求, 通常可分为单孔千斤顶和整体千斤顶。单孔千斤顶用于施工空间狭小或需单孔分丝张拉的体外索, 整体千斤顶用于需整体张拉的体外索。

1.4 体外预应力的布置形式

体外索主要布置在顶板、腹板、底板几个位置处, 体外索的锚固形式分为钢锚固和混凝土锚固两种形式。

2 桥梁体外预应力施工实例

2.1 T梁腹板索

在T梁腹板两侧对称布设体外索。在T梁梁端腹板加厚段设置张拉构件, 在T梁的中横隔梁钻孔作为体外束的转向装置。T梁腹板索加固详见图1和图2。

特点:T梁腹板索的一个显著特点就是施工较为简单, 还有就是安装难度较高, 且只能适用于张拉力较小的体外索。

2.2 箱梁腹板索

在箱梁腹板新增截面内增加预应力, 而新增腹板通过种植钢筋、浇筑新增混凝土的方式将预应力传递给旧桥箱梁。通过实践得知腹板索是最有效的体外索加固方式。体外索可以只在病害严重位置局部进行布设, 也可以连续通长布设。施工工艺流程: (1) 管道放样。 (2) 种植钢筋。 (3) 绑扎钢筋。 (4) 安装预应力管道。 (5) 穿布钢绞线。 (6) 固定、封闭预应力管道。 (7) 安装模板。 (8) 浇筑混凝土。 (9) 安装锚具。 (10) 张拉预应力。 (11) 管道压浆。 (12) 封锚砼。

2.3 箱梁底板索

在个别特殊的桥梁结构中, 运用了部分相对使用效率不怎么高的底板索。底板索不需要设置转向块, 一般在顺桥向病害严重的底板顶面进行布设。施工较其他加固方式简单, 质量有一定的保证。但由于受布索位置的空间限制, 对结构的加固效果并没有其它结构形式的体外索突出。

2.4 箱梁顶板索

箱梁顶板索是一种运用比较广泛的体外索布设形式。体外索布置在箱梁顶板, 经转向器 (分丝/整体) 和预埋钢管穿过转向块, 达到转向和传力的目的, 通过锚固块锚固, 张拉完成后成空间曲线。

3 结语

体外预应力加固技术不仅可以运用于新建工程项目, 更广泛的适用于旧桥结构的改造与加固项目。体外预应力结构布置灵活, 施工方便, 安全可靠, 可以有效的提高桥梁结构承载力, 尤其可以在结构正常工作情况下实现调索和换索, 这一特点是其他加固方式所无法比拟的优点。体外预应力技术在新时期的桥梁建设及加固过程中得到了广泛的应用, 取得了良好的社会和经济效益。

摘要：本文主要从体外预应力的特点、组成、布置形式几个方面来阐述体外预应力加固技术的基本原理, 并结合施工实例来讲解体外预应力加固技术的突出应用。

关键词：体外预应力,加固技术,施工实例

参考文献

[1]徐栋.桥梁体外预应力设计技术[M].北京:人民交通出版社, 2008.

[2]王廷臣.体外预应力加固桥梁的试验研究[J].铁道建筑, 2005 (6) .

[3]熊学玉.体外预应力结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.

体外预应力 篇2

结合武汉长江二桥病害的工程实例,阐述采用无粘结体外预应力加固桥梁的施工原理和方法,施工步骤和要点,为桥梁加固工程提供参考.

作 者：程建华 Cheng Jianhua  作者单位：中铁大桥局武汉分公司,湖北武汉,430050 刊 名：北京工业职业技术学院学报 英文刊名：JOURNAL OF BEIJING POLYTECHNIC COLLEGE 年，卷(期)： 8(2) 分类号：U445.7+2 关键词：体外预应力   裂缝   钢绞线   加固  

桥梁体外预应力加固法的关键技术 篇3

业提供参考依据。

桥梁预应力加固法关键问题

混凝土桥梁的可靠性一直是人们关注的重点问题之一，它的影响是存在与整个桥梁寿命周期内的，所以说无论是在桥梁施工的设计阶段，还是在中期的建造阶段以及后期的运行阶段，可靠性都是需要我们时刻注意的。对于目前我国铁路桥梁情况来看，随着桥梁运行时间的不断增加，其主体结构材料老化或者结构损伤都是不可避免的问题，伴随而来的就是桥梁整体承载力的下降，所以在进行桥梁预应力加固法处理这些问题的时候，我们首先要从桥梁本身的常见病害来分析，一般来讲桥梁病害主要包括荷载疲劳损伤、混凝土碳化腐蚀以及钢筋内部腐蚀等。虽然通过研究掌握了一些处理方法，但是在实际工作当中，还存在着一些难点，总结下来关键性技术有以下三点：

体外索力设计计算方面的问题

相比较欧美发达国家，对于桥梁工程当中体外索力的理论研究已经取得了较大进步，但是我国在桥梁工程中的理论研究还不成熟，没有关于铁路桥梁体外预应力加固的技术标准，因为桥路结构极限计算标注与普通的公路设计存在较大的差异，所以目前我国铁路桥梁仍然采用容许应力法来进行计算，故体外索力设计计算必须与现行规范相适应。

除此之外，计算加固后桥梁在极限状态下的体外索力必须确定极限应力增量的大小，因为二次效应的非线性使得准确求解应力增量变得很困难，国内外研究者提出多种简化计算方法，但不同方法计算的精度和简便程度不同，所以根据铁路混凝土桥梁特点合理选用简化计算方法是铁路桥梁体外预应力加固需要解决的问题之一；再者，体外索力设计值的大小必须满足桥梁的刚度和变形性能，但对使用阶段存在裂缝的混凝土桥梁，在体外索力和荷载作用下的刚度因裂缝闭合、张开而发生变化，这使得上拱度和挠度的计算复杂化，因而将刚度视作恒定值造成体外索力检算上出现较大的误差。

2.体外预应力锚具及索体结构存在的问题

首先，在桥梁进行体外预应力加固法时，我们要明确它是由体外索和锚具等工具组合起来的工具，所以在实际施工过程当中容易出现锚固质量问题，比如锚固滑丝、断丝等现象，这些问题都对施工质量和安全有着很大的影响，因此在施工之前要对施工工具、人员技术进行整体培训提高；另外对于上述提到的体外索、锚具等工具不能从不同生产厂家进行采购，这样能够保证质量的统一化。

其次，在桥梁体外预应力加固法时要保证施工工艺正确，比如保证锚具横截面以及支撑面与体外索方向垂直，这样能够保证锚具的受力均匀，虽然在实际加固过程中会出现一定的误差，但是主要取决于施工工人的施工水平，所以偏差不大可以忽略；另外在加固过程中由于固定式锚具在安装完毕后无法自动调节，容易出现因为受力过大发生折弯现象，影响加固质量，所以对于这些锚具要经常性检查，保证其施工质量。

最后，在铁路桥梁当中，对于承载力较大的桥梁进行加固时一般会在锚固装置支持面设置千斤顶张拉装置，提高加固过程中桥梁的承载力，但是对于T型简支梁来说，由于空间狭小，不足以安防千斤顶，因此当锚固点设置在梁端时造成无法张拉。

3.对锚固装置与混凝土梁体的锚固连接性能研究不足

对于桥梁外预应力加固法来说，体外索与混凝土梁体的连接是它的关键性指标，也是体外预应力施工的主要部分，所以如果在施工过程中发生承载力不足等现象，就会给施工人员带来巨大的施工施工，故一定要保证加固结构的安全可靠。

二.桥梁预应力加固法关键技术

1. 体外预应力加固体系设计原则

桥梁体外预应力加固法的设计必须要结合我国的铁路运输特点，同时还要同我国已有的桥梁结构相结合，结合这些要求，我国桥梁体外预应力加固法的设计原则主要有两个方面：

第一，桥梁体外预应力加固法在安装过程中应该保证安装过程的迅速，特别是在铁路桥梁施工过程中，因为铁路桥梁对于运输的影响很大，对于运输单位经济效益影响也很大，所以在进行桥梁体外预应力加固法设计的时候必须要考虑到施工期间对于铁路运输以及经济效益的影响，如果时间过久，就会带来比较大的负面影响，那么这种加固方案设计也肯定不会被建设方所接受。

其次，桥梁体外预应力加固法应该尽量避免采取大型机械，一方面是因为施工成本的影响，最主要是对已有桥梁结构的一种保护，通过采取小型化或者组合型施工机械，能够加快施工进度，是施工操作变得简单起来，这也是桥梁体外预应力加固法的主要原则之一。

2.体外预应力体系锚固点位置

通过上述分析我们了解到了桥梁体外预应力加固法的设计原则，那么在实际施工过程当中有些具体的加固位置需要我们注意，下面我们就逐一进行分析：

首先是梁顶锚固，一般锚固位置位于桥面板或者是桥梁顶端，通过桥梁或者梁端的混凝土来承受外部的荷载，这里需要我们注意，如果锚固点位于后者，也就是梁端时，在施工过程中需要较长时间的交通阻碍；

其次是腹板锚固，与梁顶锚固不同，腹板锚固主要通过梁体之间的承接来传接外力，接触部位的结构主要承受剪切应力和拉应力；

最后就是两端锚固，一般梁端锚固是位于梁端腹部下部，通过钢板与混凝土的高强度连接来承担外部荷载；或者依靠梁端混凝土的抗压能力来承担外部荷载作用。

上述三种方法是桥梁体外预应力加固法当中的一些主要加固位置，对比来看，从加固效果方面是梁端以及腹部加固更具优势，主要原因是锚固点在梁端或者腹部时，其处在梁体剪切应力最大区域内，这样一方面能够提高铁路桥梁的荷载承载极限状态，另一方面还能够便于安装施工，加快施工进度。

三.结语

桥梁体外预应力加固技术 篇4

1 体外预应力加固技术特点

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，是后张预应力体系的重要分支之一。

体外预应力的优点有:简化预应力筋曲线, 预应力筋仅在锚固处和转向处与结构相连, 减小摩阻损失, 提高预应力使用效率预应力布置灵活, 根据桥梁病害可以全桥加固也可以进行局部加固;锚固构件尺寸小, 自重增加少, 可有效的大幅提高结构承载能力;与原结构无粘结, 应力变化值小, 对结构受力有利;体外索可调可换, 便于使用期间进行维护。

2 体外预应力加固的组成构造特点及作用机理

2.1 组成构造特点

桥梁体外预应力加固体系的形式是多种多样的。从构造形式上看，该体系主要由以下几部分组成：水平筋、斜筋、上锚固点、滑块、U形承托、水平筋固定支座。

2.1.1 体外预应力索、管道和灌浆材料

体外预应力体系采用的预应力索一般由钢铰线组成，包括与体内预应力混凝土结构完全相同的普通钢铰线以及镀锌钢铰线或外表涂层和外包PE防护的单根无粘结钢铰线。体外预应力索管道主要起防腐作用，它通常有两种形式：一是全部采用钢管道，二是钢管与高密度聚乙烯管道相结合的方式，即除在锚固段及转向弯曲段采用钢管外在其它直线段均采用高密度聚乙烯管道。

体外预应力索管道的灌浆材料可分为刚性灌浆材料和非刚性灌浆材料。刚性灌浆材料通常指水泥非刚性灌浆材料(如油脂和石蜡)。水泥灌浆是最简单和常用的，它可以适用于与结构有离散粘结的体外预应力结构，也适用于与结构完全无粘结的体外预应力结构。而油脂和石蜡通常用在由普通钢铰线和钢管道组成的预应力系统中，以达到钢索与结构无粘结的目的。

2.1.2 体外预应力索的锚固系统

体外预应力索的锚固体系一般可分为可更换和不可更换两大类。在可更换的体外预应力锚具中又包括钢索无法放松和可放松两种类型。使用无法放松的钢索可以是普通的钢铰线也可以是单根无粘结钢铰线。使用普通钢铰线时在管道中灌注非刚性灌浆材料(油脂或石蜡)，使用无粘结钢铰线时管道中一般灌注水泥浆。但两种类型的锚具中均使用防腐材料填密而不使用水泥浆以满足钢索可更换的要求。可放松的类型在锚具后需预留一定长度的钢索以满足钢索放松的需要，这种锚具的体外预应力索只能是无粘结钢索。

2.1.3 体外预应力索的转向装置

体外预应力索的转向装置是体外预应力索在跨内唯一与混凝土体有联系的构件，起体外预应力索转向的重要作用。

2.2 作用机理

根据受力特点，可将体外预应力结构分为施加预应力阶段和活载作用两个阶段进行受力分析。现以斜筋和水平筋由两块粗钢筋组成的情况为例来分析体外预应力结构在施加预应力阶段的受力情况。在这种情况下，应先将斜筋和滑块相连接，并固定斜筋的上端。在张拉水平拉杆时，由于千斤顶的推力作用使梁底两滑块产生相向滑动，这种相向滑动使得斜筋受拉并伸长，同时在滑块和垫板之间产生竖向压力和摩阻力，直到水平筋的拉力达到控制值。此时滑块达到平衡位置，随即将水平筋锚固。斜筋产生的水平分力对梁施加偏心压力，其竖向分力则对梁体产生负弯矩和负剪力。这些预加力使梁体内储备了一部分抗力，可以部分地抵消外荷载引起的内力，从而提高原梁的承载力。

3 常用施工方法

3.1 纵向张拉法

纵向张拉法是沿预应力筋的轴线施加预应力的方法。预应力筋沿梁底布置，到梁的两端设导向块处弯起，锚固于梁的腹板或顶板上，再沿梁顶进行纵向张拉，以减小梁端的剪力。纵向张拉锚固构造主要有两种，梁顶锚固和腹板锚固。体外预应力筋张拉方法与其构造形式有关，张拉位置可以在梁顶沿斜筋方向张拉，亦可在梁底沿水平方向张拉。其张拉程序与预制混凝土梁的相同。

3.2 竖向张拉法

当采用纵向张拉法施工不便时，应考虑采用竖向张拉法进行。此法采用在梁肋两侧对称布置预应力筋，在预应力筋中部竖直向上张拉，在梁肋底部用小横梁固定预应力。

3.3 横向收紧张拉法

梁的两端间隙很小时，一般采用横向收紧张拉法。此法是在梁的下缘安装预应力筋，在距梁端适当距离处弯起并通过支点锚于梁端的锚固钢板上，锚固钢板呈U形套在梁端的下翼缘上。水平段的预应力筋用撑棍分成若干段。在每段中点用拉紧螺栓将两对称筋收紧，拉杆即产生预应力。

4 结束语

锚固装置、转向装置是体外预应力体系的关键部位，锚固和转向装置设置的位置在很大程度上影响着体外预应力加固体系的性能，比如在梁体的支点和跨中设置转向装置就能很大程度上减少二次效应的影响。锚固装置、转向装置又是体外索和梁体联系的位移部位，因此锚固装置、转向装置必须进行抗拉、抗剪、抗裂及局部承压验算，并适当提高其安全系数。

参考文献

[1]扈炳刚, 宫立柱.小议桥梁体外预应力加固方法及计算过程[J].民营科技, 2009, (12) .

体外预应力 篇5

随着运营时间的延伸和运营车辆的发展，装配式T梁横隔板开裂已经逐渐成为T梁桥的常见病害之一。本文结合天津市津围公路九王庄大桥T梁横隔板二次加固维修方案采用体外预应力钢棒横向联接加固，并监控测定了加固前后梁体关键指标，监控数据反应出该加固方法恢复横向联系效果良好，供同类工程参考。

普通钢筋混凝土简支T梁发展现状

我国公路大量桥梁上部结构采用装配式普通钢筋混凝土简支T梁，由于施工质量不良，随着运营时间的延伸和运营车辆的发展，养护部门在检查中发现T粱横隔板普遍存在开裂的现象，部分横隔板开裂较为严重。横隔板开裂造成T粱横向联结能力的减弱或者丧失，裂缝的存在和开展使得侵蚀破坏作用逐步升级，循环往复从而造成单粱受力直至造成粱体破坏。因此，如何防止横隔板的早期破坏，限制其裂缝的进一步开展具有重要的意义。

目前对旧公路普通钢筋混凝土简支T梁进行加固改造时，加固方法很多，包括加粘贴碳纤维布、锚贴钢板、加大截面的加固法或增设其他钢梁形成组合粱的一种加固法等桥梁加固技术，而这些方法往往存在施工繁琐、造价较高、效果不明显等缺点。为解决现有技术中的不足，针对天津市津围公路九王庄大桥T梁横隔板二次加固维修特采用体外预应力钢棒横向联接加固体系。

体外预应力钢棒加固技术

九王庄大桥位于津围线K84+190处，桥梁分为左、右两幅，本次加固对象为右幅桥。右幅桥建于1989年，桥梁全长109.16m，跨径布置为21.58m+3×21.6m+21.58m；桥宽11.5m，横向断面布置为lm（人行道）+9.96m（车行道）+0.5m（防撞护栏）。右幅桥于2008年对T梁横隔板、湿接缝进行了重做，并重做了全桥桥面铺装及桥头搭板。维修时，将T梁翼缘板、横隔板铰接统一改为刚接。于2014年对该桥进行了问题统计，发现该桥共有28块横隔板混凝土湿接缝出现开裂及局部破损、露筋现象。其中横隔板斜裂缝的最大缝宽为0.82ram，斜裂缝长约0.5～0.8m，裂缝深度约200mm，基本贯通横隔粱全宽。

针对以上问题，发现原有加固方法加固效果不明显，理想情况下，只是起到了限制横隔板继续开裂，避免了裂缝的继续扩展，而无法恢复原设计中的横向联系。

维修加固方案

本次维修加固期望通过对横隔板的维修加固处理，提高横向刚度，加强横向联系，改善桥梁共同受力的性能，以确保结构安全。对津围公路九王庄桥右幅桥T粱破损横隔板采用横向施加体外预应力进行加固，本次加固不改变原设计荷载等级，仅对横隔板施加预应力，满足横隔板在活载作用下不出现拉应力。同时在保证维修质量的前提下，缩短桥梁维修工期，降低工程投资。

加固工艺

工艺流程。粱体钻孔-穿入钢棒-安装锚具-张拉-封边填缝-防腐处理

施工工艺。在横隔板两侧对称位置钻孔，参照加固设计图纸并辅以钢筋探测仪探明主筋位置，做好标记以便打孔时避开主筋，同时采用水准仪定孔位，确保每片主粱腹板处同一钢筋孔位对应。

预应力钢棒孔为φ30mm，金刚石空心钻磨削；穿入具有防腐防紫外线的专用预应力钢棒贯穿整个桥梁横向，将锚垫板穿入钢棒。并采用配套锚固安装固定在T粱边梁肋板外侧；预应力钢棒用张拉千斤顶张拉，张拉力为134kN；张拉完成后，所有钻孔与钢棒间隙采用改性环氧修补砂浆封孔，并对两端锚固进行防腐处理。

加固效果

預制T粱的横隔板构造和内力分析已十分成熟，大部分中小跨度预制T梁的横隔板连接构造也采用标准化设计。对津围公路九王庄右幅桥T粱横隔板加固前后裂缝及应变进行了理论分析及实际检测，并组织进行了横隔板加固前后荷载作用下挠度、应力及裂缝的变化情况。

横隔板加固施工监控结果。选取一个加固单元，检测加固前后横隔板前后裂缝及应变的变化。

横隔板裂缝检测测点

按图1对12支预应力钢棒进行编号，同时检测加固前后裂缝的变化。选取第三孔跨中3-4-3横隔板（“3-4-3横隔板”表示3#梁、甜粱间3#横隔板）一道裂缝，在加固前后观测裂缝开展情况，如图2所示。

应变检测测点

横隔板加固前后静荷载试验结果

选取横隔板加固施工监控相同位置为静荷载试验检测点，检测在试验荷载作用下控制断面的挠度、应力以及有无新增裂缝以及既有裂缝开展情况，试验控制断面见图4。

试验采用1辆4轴车进行加载，标准重量为458kN（轴重为20kN，98kN，160kN，168kN）的汽车。

横隔板加固前后静荷载试验检测结果

综上所述：通过对主粱跨中横隔板施工监控数据及横隔板加固前后静荷载试验数据对横隔板裂缝变化、加固前后横隔板裂缝的变化及实测应变及理论应变的对比数据，可以明显看出通过采用体外横向预应力对横隔板加固处理后粱体的横向联系状态较加固前得到了很大程度的提高，梁体协同受力状态得到改善，能较好的解决横隔板病害问题。但目前粱体间的实际横向联系仍较设计（理论）状态偏弱，这一方面是理论模型和实际连接状态的差异所致；另一方面粱体间翼板连接状态及桥面横向联系本次分析未作考虑。

通过对津围公路九王庄右幅桥横隔板的加固方法的监控数据分析表明：对于横隔板开裂导致桥梁承载能力降低的装配式T梁这种常见病害，采用体外横向预应力钢棒加固横隔板恢复横向联系是可行的，也是有效的，本加固方法不但可以限制横隔板裂缝的延展，同时也可减小裂缝的大小，甚至达到了横隔板裂缝闭合的效果，同时本方法所涉及的体外预应力加固产品自身具有防腐蚀，防紫外线的功能，无需担心体外预应力体系因外露被腐蚀的风险。本加固方法可供同类工程参考。

浅析梁板体外预应力研究 篇6

三门) 在杭甬高速公路 (K60+600) 沽渚枢纽与杭甬高速公路相连, 全长142km, 其中绍兴段 (K0+000-K65+054) 设计标准为平原微丘, 双向四车道, 桥梁宽度24.5m。路线穿越平原软土地带, 地质情况复杂, 沿线地段土壤含水层主要为潜水层和承压水层两种。潜水层表部为亚砂土、粉细砂为主, 水位埋深1.5~2.5m, 主要受大气降水补给, 枯水位受季节性变化控制, 年变化幅度0.6~1.0m。承压水层埋藏于地层深部, 主要为砂砾石, 顶板埋深50m左右, 水位埋深一般为1.5~4.5m。

(一) 简介。东关公铁立交分两期建设, 右半

幅为一期工程, 左半幅为二期工程, 但跨越铁路的一孔桥在一期全幅实施, 1998年3月开始施工, 到2001年1月通车, 桥梁全长854.74m。

桥梁分上下行两幅桥, 桥面横向布置为0.50m (防撞护栏) +10.75m (车行道) +2.0m (中央分隔带) +10.75m (车行道) +0.50 (防撞护栏) 。该桥为简支多跨斜支撑桥梁, 单幅横向由11块板组成, 主梁为50号混凝土, 空心板与路线成45°角布置, 上跨萧甬铁路, 桥面连续结构, 上部按2×13+29×25+4×12.75+2×24.5布置。桥梁下部结构为双柱式墩台、单排钻孔灌注桩基础, 为摩擦桩, 桩柱一体, 桩直径为1.5m, 立柱直径为1.3m。桥面设2.0%的横坡, 通过盖梁顶面斜坡和支座上钢板高差来形成。

(二) 病害现状

1该桥每跨桥面均出现通长纵向裂缝。开裂位置位于距外侧防撞墙下缘5m位置附近, 对应横向第5、6#板的接缝位置, 也对应于重车外侧轮载作用的位置, 见下图。

2、桥面铺装破损严重, 桥面铺装经过了多次修补, 破损位置的桥面铺装厚度仅有2、3cm。

3、检测发现, 该桥的桥面连续段都做过改造, 但部分桥面连续段在墩顶中心线处出现横向贯通裂缝。

4、各梁板底面错台严重, 个别梁间错台达

7、8公分;下铰缝间距较大, 最大可达4cm左右, 5、支座偏压、脱空现象较普遍, 盖梁与梁板间杂物多, 个别位置盖梁与空心板间无空隙, 未见支座。

(三) 病害原因分析

1、桥面铺装布置钢筋偏弱, 板梁间用小铰

缝联结, 再加上铰缝施工质量欠缺, 导致空心板横向荷载分配作用差, 这与桥面铺装层在铰缝位置出现纵向裂缝, 板跨中下挠过大等单板受力现象是对应的。

2、桥面铺装由于调坡变更设计, 部分桥面

铺装达不到设计厚度, 加上施工时空心板顶板最小厚度控制不好, 顶板厚度不够, 容易出现穿孔。

3、斜交板的最大纵向弯矩一般比斜板相同

跨径的正交板要小, 而横向弯矩则要大得多, 并随斜交角的增大而增大。

4、施工中盖梁顶面支座垫石高差不均, 再加上板梁落梁后跨中挠度不一, 进一步削弱了梁板的横向联系。

5、支座顶面倾斜、脱空不利于板梁的整体受力, 加速了桥面系破坏。

综合上三高速公路的车流和公路的养护状况, 我们希望探索和发展一种先进的、高效、适合实际状况的加固方案以解决桥面维修问题, 它能够安全高效, 经济合理地解决问题, 并且施工简单快捷、对交通影响小, 从而较彻底的解决这类桥面系维修问题, 为以后的处理积累经验。

二、研究内容

(一) 以往铰缝维修经验

1、重做铰缝。凿除破损混凝土, 重新铺设钢

筋骨架, 浇注混凝土的方案。采用该方案即使翻修的铰缝质量较好能维持几年, 但一处补强造成别处应力集中, 铰缝处于动态破损当中。

2、板梁顶部和底部粘贴钢板条法。先重做

铰缝, 然后在板梁顶部和底部间粘贴横向钢板条, 以加强板梁整体受力。但该方案对现场条件要求较高, 施工质量较难保证。

(二) 新的维修方案-板梁体外预应力张拉方案:

1、在板顶板下缘和底板上缘附近穿孔布置

横向预应力, 在设有横向预应力位置附近的铰缝用环氧胶压实充填, 使梁底板部分连接形成整体, 然后进行预应力张拉、锚固施工。

2、在清洁后的板梁顶面沿纵向按60cm间

距横桥向粘贴宽8cm、厚6mm的Q235钢板条, 并用M16膨胀螺栓加压固定。

3、用C40小石混凝土重新浇注铰缝。

(三) 方案比选方案比选

方案一: (施加横向预应力和粘贴钢板条)

方案二: (粘贴碳纤维板)

设计特点分析

加固效果:

属主动加固, 有效的增加了板梁横向刚度, 加强了结构整体性, 效果较好。属被动加固, 在活载作用下能够发挥其增强横向刚度的作用。

施工难易程度:

复杂、含多种加固工艺

相对简单、但需要专业加固单位完成对原结构影响:

在板梁顶、底面钻孔 (粘贴钢板)

对原结构有一定破坏对原构破坏小对交通影响程度:

要中断交通, 封闭半幅交通时间长, 约6个月

要中断交通, 半幅封闭交通的时间长, 约4个月

工程概算273.76万元312.14万元

进行施工难易及经济技术比较可以看出, 加固方案一更合理, 作为第一推荐方案。

三、主要施工技术

(一) 板梁底面张拉横向预应力施工工艺

1、施工前详细检查所有支座的变形和支撑

情况。根据检查结果对破损支座进行更换, 对偏压、脱空的支座重新安装, 保证支座受力均匀。

2、封闭半幅桥梁交通, 拆除桥面铺装层混

凝土。将不密实、松散、有孔洞等问题的铰缝混凝土清除掉, 然后植铰缝连接锚固钢筋, 重新浇筑铰缝混凝土;拆除桥面铺装层后, 对发现的空心板梁顶面穿孔必须进行修补处理。

3、在清洁后的板梁顶面沿纵向按40cm间

距横桥向粘贴宽8cm、厚6mm的Q235C钢板条, 并用M12植埋螺杆加压固定。

4、在板顶板下缘和底板上缘附近穿孔布置

横向预应力, 在设有横向预应力位置附近的铰缝用环氧胶压实充填, 使梁底板部分连接形成整体, 然后进行预应力张拉、锚固施工。板梁底面体外预应力采用IV级Φ25粗钢筋, 冷拉力为750Mpa, 抗拉强度标准值1040Mpa, 张拉控制应力为184KN, 两端张拉, 伸长量为23.3mm。2布设横向预应力钢筋, 每跨共设置2道;

5、预应力定位后, 在空心板梁底面设有横

向预应力钢筋附近1m范围内, 沿梁板纵向将铰缝用环氧胶压实充填, 使梁底板部分连接形成整体;

6、在重铺桥面铺装施工前, 完成下铰缝灌

浆和压实工作, 并张拉预应力筋至100%的控制张拉力, 重铺桥面铺装。

7、浇注40号聚丙稀纤维混凝土桥面铺装层。对外露钢构件除锈后, 做防腐防护处理。

(二) 施工注意点

由于预应力存在松弛现象, 为确保梁板横向连接效果, 因此每3-4年必须进行预应力检测、校正。

四、维修加固效果。自2006年维修加固以

来, 对桥梁进行检测和观察, 加固效果较好, 基本消除了桥面铺装纵向裂缝与梁板单板受力等病害, 特别是行车道重车外侧轮载处自加固后没有新裂缝出现、经受了上三高速公路超限超载车众多的考验, 初步认定梁板底面施加横向预应力张拉方案要优于在"板梁底面粘贴钢板条"等其他方案。作为一项新技术, 工艺简单、加固寿命长、效果好, 节省费用, 能有效的解决旧桥梁板间高差大、铰缝破损及单板受力等病害具有切实可靠的效果。

摘要：近年来, 随着浙江经济的腾飞, 上三高速公路发挥着交通枢纽作用, 交通量越来越大, 加上重交通的增加, 使得部分桥梁、通道逐步出现了结构物病害。本文三线东关公铁桥桥为例从背景、研究内容、主要施工技术和加固措施四个方面对板体外预应力进行分析研究。

关键词：板体外预应力,内容,技术,加固,研究

参考文献

[1]张荣斌.浅谈预应力工程质量控制[J].中国科技财富, 2008 (6) .

[2]武隆.浅谈路桥施工中的预应力技术的问题[J].中国新技术新产品, 2009 (11) .

桥梁体外预应力加固设计与计算 篇7

关键词：体外预应力,桥梁加固,体外索配筋,桥梁

随着我国公路桥梁荷载等级的提高, 大量现役桥梁需要加固以提高气承载能力和使用性能。对于钢筋混凝土桥梁, 预应力混凝土梁桥, 采用对受拉区施以体外预加力进行加固, 在自重增加很少的情况下, 大幅改善和调整原结构的受力状况, 提高其承载力。根据优化布置原则, 预应力筋外形与外荷载产生的弯矩图形相似。因此, 在加固梁式结构时, 体外预应力筋多采用折线型连续筋以充分发挥加固筋的抗拉强度。体外预应力筋的灵活布置可以有效地补强加固不同受力情况的简支梁和连续梁。从加固工程的效果来看, 体外预应力是一种施工简便, 加固效果显著可靠, 具有明显社会效益和经济效益的一种加固方法。

1 体外索配筋设计

1.1 预应力度λ的概念

对于受弯构件, 预应力度定义为消压弯矩 (使构件控制截面受拉边缘预压应力抵消到零时的弯矩) 与使用荷载作用下控制截面的弯矩之比, 即:

式中:M0为消压弯矩, 按公式M0=σhe·Wox计算;σhe为受弯构件由预加力R引起的下边缘有效预应力;Wox为跨中换算截面下边缘的抵抗矩;M为全部荷载引起的跨中工作弯矩。

1.2 利用预应力度法计算体外索配筋面积Ay

图1中:M为全部设计荷载引起的梁跨中截面的工作弯矩

Mg为原梁跨中截面的自重及恒载弯矩;

Mq为提高荷载等级后的跨中截面活载弯矩;

R为活载作用下体外索筋中的总拉力;

Ny为体外索水平筋中的有效预拉力;

ey为体外索水平筋合力中心至梁体换算截面中性轴的距离ey=yox+c。

r0为原梁换算截面的回转半径,

I0为原梁换算截面惯性矩;

A0为原梁换算截面面积;

σhe为原梁下边缘由R引起的有效预压应力。由截面上作用的工作弯矩引起的截面下边缘混凝土的名义拉应力为:

在引入预应力度的概念后, 由于M0=σhe·Wox, 因而可导出以下关系:λ=MM0=ωhwσhe (4)

将式 (2) 、式 (3) 代入式 (4) 中可以导出以下关系式:

式中:σk为体外预应力筋控制应力, 采用冷拉粗钢筋, σk= (0.8~0.85) Ryb采用钢丝或钢绞线, σk= (0.65~0.7) Ryb;Ryb为体外预应力筋的抗拉设计强度;Σσs为体外预应力筋总的预应力损失;Ay为体外预应力筋面积;△σy为体外预应力筋中由活载弯矩引起的拉应力增量, 它是活载集度q和体外索配筋截面面积Ay的函数。

1.3 预应力筋的布置形式

采用体外预应力加固既有桥梁, 预应力筋布置宜与外荷载产生的弯矩图形相似。因此, 在加固梁式结构时, 体外预应力筋多采用折线型连续筋以充分发挥加固筋的抗拉强度。 (见图2)

2 体外预应力加固体系正常使用极限状态计算

2.1 加固体系应力验算

混凝土应力验算

全预应力混凝土及A类构件的应力验算

h2水平筋合力中心至跨中换算截面重心的距离

M全部设计荷载引起的跨中断面的工作弯矩

钢筋应力计算

当中性轴位置x及混凝土受压边缘的应力σhα确定之后, 原梁中非预应力钢筋的应力可由

ng原梁中非预应力钢筋与混凝土的弹性模量比;

h0原梁跨中截面的有效高度。

2.2 加固体系的裂缝验算

采用直接控制裂缝宽度的方法计算:

c1考虑构件受力特征的系数, 对于受弯构件, 取1.0;

c2考虑钢筋表面形状的系;

c3考虑荷载作用的系数, 短期静力荷载作用时, 取1.0, 荷载长期作用或多次重复作用时, 取1.5;

△σy预应力钢筋中的活载应力增量;

Eg钢筋的弹性模量;

μ截面配筋率。

2.3 加固体系的挠度计算

正常使用范围内, 梁体的挠度主要由一下几部分构成:有效预应力Ny产生的反拱fy;横载弯矩Mg产生的挠度fg;活载弯矩Mg (不计冲击作用) 产生的挠度fq及体外拉索增量Xp引起的上挠fxp, 这些都可以由材料力学公式求得。

3 体外预应力加固体系承载能力极限状态计算

3.1 正截面强度验算

用体外索加固的钢筋混凝土梁的极限抗弯强度可参照现行规范给出的预应力混凝土受弯构件强度计算公式确定, 但是体外索的极限强度取值还在研究之中, 本文采用文献【3】的研究成果,

Ic体外筋的有效长度;

l两端锚具间体外筋的长度;

Ns构件失效时形成的塑性铰的数目;

c中性轴到受压混凝土顶面的距离;

3.2 斜截面强度验算

加固梁的斜截面抗剪强度, 首先应满足桥规给出的抗剪上限要求, 以免发生斜压破坏。作用在梁端的预加力作为外力考虑, 其垂直分力将抵消一部分荷载剪力。假设极限状态下斜筋取其设计强度Ry1, 则预剪力的极限值为:

式中:γs钢筋的材料安全系数取1.5;

用体外索加固的钢筋混凝土梁的抗剪强度上限条件应改为:

4 桥梁加固设计实例

昆山通城河桥为平均跨距L为13m的钢筋混凝土T型梁桥, 原设计荷载为汽10级、挂60。由于船体的撞击, 下缘混凝土破损, 部分混凝土脱落, 已出现纵向贯通裂缝, 主钢筋已严重锈蚀.加固时, 首先凿除松散混凝土, 用钢丝刷清锈处理, 采用挂模浇筑C40混凝土修补完整, 然后施加体外预应力加固。加固后桥梁承载能力要求提高到汽15级。

T型主梁翼缘宽178 cm, 翼缘厚12 cm, 梁肋宽18cm, 受拉Ⅱ级, 钢筋面积为44.27cm采用C25混凝土, 体外索布置如图3所示, 支点距转向块L3为180 cm, 转向块的间距L2为840 cm, 端锚固点距转向块L1为150cm, 中心轴距梁上边缘you为19.14cm, 中心轴距梁下边缘yod为60.86cm, h1为端锚固点至中心轴距离, h2为转向块至中心轴距离.

每片T型梁配置4根无粘结预应力钢绞线, 共16根。为了使每片梁受力均匀, 采用两端分2次张拉, 固定端与张拉端交叉布置。预应力钢绞线的张拉控制应力为855MPa, 有效预应力为622.5MPa。加固后桥梁, 采用前轴为55k N、后轴为155kN, 两辆载重汽车进行现场荷载试验。

由表1数据表明主梁跨中挠度为5.43mm, 满足桥梁规范要求静活载挠度不超过 (1/600) L的要求, 校验系数η满足旧桥鉴定的要求。结构具有足够的抗弯刚度, 达到汽15荷载标准作用的使用要求。

由表2、表3数据表明:施加预应力, 使主梁的上边缘混凝土产生拉应力和下边缘混凝土产生压应力, 则上边缘混凝土总压应力值与下边缘混凝土总拉应力值都减小。钢筋的校验系数满足旧桥鉴定的要求。采用体外预应力加固后, 从加固前汽10级荷载提高到加固后汽15级荷载标准, 加固效果是非常显著。

5 结语

本文体外预应力加固是基于预应力度的方法, 并推到了两个极限状态的应力验算, 通过实例验证了桥梁加固后, 主梁刚度明显提高, 挠度大幅减小, 裂缝减小提高了耐久性。体外索加固法是受力明确、施工简单、经济合理的加固技术, 具有加固、卸载及减小结构内力的作用, 值得推广应用。

参考文献

[1]王晓东, 李进洲.体外预应力加固桥梁正截面强度的计算.公路交通科技, 2006.

[2]刘来君, 赵小星.桥梁加固设计与施工技术.北京:人民交通出版社, 2004.

[3]关彦超, 李强.体外预应力加固桥梁的计算分析.公路工程与运输, 2007.

[4]黄民元, 李传习.体外预应力筋在桥梁工程中的应用.长沙交通学院学报, 2001.

[5]艾军, 史丽远.公路梁桥体外预应力加固设计与施工方法研究.东南大学学报, 2002.

[6]颜志华.体外预应力加固混凝土梁试验研究.世界桥梁, 2007.

桥梁体外预应力加固的设计与施工 篇8

1 案例介绍

某桥梁为四跨的T型钢结构桥梁, 桥面的宽度为13m, 在桥面的两侧分别布置了0.41m的钢筋混凝土防撞栏。主桥上部使用单箱预应力混凝土箱梁, 主桥桥墩使用空心墩, 使用钻孔灌注桩作为基础结构, 一共布置了13根钻孔灌注桩, 每个桩的直径为1.4m。边墩使用悬臂式盖梁进行施工, 桩体直径为1.6m。结构示意图如图1所示。

2 桥体存在的问题

2.1 桥面破损

该桥整个桥面铺装破损的很厉害, 并且出现严重裂缝。通过开凿桥面寻找出现裂缝的原因, 发现桥面下混凝土中的配筋与图纸设计不符, 并且配筋在设计图纸中型号为Φ16, 但是将铺装面凿开后发现只有几根非常细的钢筋, 并且间距与图纸也严重不一致, 混凝土也达不到相应标准的强度。

2.2 T构悬臂端出现下饶现象

桥梁随着使用年限的延长及混凝土随着环境的热胀冷缩作用、活载等对T构悬臂端有着很大的影响, 使下挠现象非常明显, 进而使桥面失去平整性, 车辆在行走过程中非常不顺畅, 桥面线性也受到了很严重的影响。

2.3 裂缝

桥梁的顶板处显现了不同形式的裂缝, 横向裂缝相对比纵向裂缝要好一些, 最长的纵向裂缝已达到2.8m。腹板处也出现了裂缝, 主要为斜向裂缝和竖向裂缝, 出现裂缝的位置主要在8~11号施工缝处。

3 修补破损桥梁方案

(1) 修补桥面铺装。针对桥面铺装的破损, 主要是凿除原有破损的铺装层, 重新进行了铺装。 (2) 针对T构下挠的现象, 采取了一系列措施。主要是在箱梁的内部重新增加转向块和齿板, 以及增加腹板两端的预应力束。 (3) 加固顶板裂缝。根据裂缝的大小程度进行不同的处理, 对小裂缝采用刷涂聚合物的方法, 对大的裂缝则必须进行灌浆, 对裂缝进行清理和打磨, 用碳纤维进行粘接。 (4) 加固腹板裂缝。对于腹板的裂缝也采用和顶板同样的方法。

4 加固预应力和施工过程

4.1 孔道铺设

无论是施工之初的预应力还是桥体外部的预应力都是在管道的基础上进行作用的, 所以管道铺设非常重要, 设计时及施工时要注意管道的铺设和预埋, 一般采用预埋塑料或是预埋波纹管的方式, 采用金属材料波纹管更加稳定和耐用[1]。在铺设波纹管时使用专业的连接头进行相互连接, 在接头处用胶带多圈缠绕, 保证密封性, 避免出现断开和漏浆的现象。在波纹管铺设时从桥梁的一端开始, 沿着腹板穿入, 并于腹板焊接固定, 到达孔道尾部时可以用预埋铸铁喇叭管与波纹管进行焊接, 焊接完成后再用胶带缠绕, 保证孔道的密封性和施工技术的严密性。

4.2 材料的使用

在施工前必须对材料进行严格的检查, 保证钢绞线不能出现油渍、氧化、损伤和裂缝, 材料必须符合国家质量规范标准, 对钢绞线用料的多少可以通过公式进行计算, 公式为:L=A+B+C。

钢绞线的总长度由三部分决定, A段长度表示的是钢绞线的曲线和水平长度;B段为在施工过程中对钢筋的张拉长度;C段为误差预留长度, 桥体施工和预应力方案设计, 在进行波纹管布设以前, 应该对桥体的钢筋进行提前定位, 定位是以曲线坐标为依据, 依据相关规范标准, 钢筋之间的间距是固定的, 为500mm, 在高度上要求误差不大于10mm, 纵向上要求误差不大于30cm, 同时与梁箍筋焊接在一起, 对位置进行准确的定位, 在进行位置确定时, 注意施工的质量要求, 发现问题及时解决, 必须按照相关规范标准进行施工, 并且必须按照施工纸施工, 经过相关部门检查合格后, 可以进行下一步施工, 在施工中可能会出现预应力筋和构件的位置重叠, 则首先必须确保预应力筋位置的准确性, 施工中遵应力筋优先的原则, 首先安装预应力筋, 在进行其他管线的排布[2]。波形管需要在混凝土施工过程中预留孔洞进行排气, 不用预留灌浆孔, 因为锚垫板本身带有灌浆孔, 所以不用预留。波形管是规律的曲线, 有波峰和波谷, 排气孔一般设置在波峰处, 混凝土浇筑完成后, 在波形管的上方挖一个洞, 然后用一根细管连接孔洞和梁顶面并固定好。一般细管的内径要>16mm, 长度要求高出梁顶面100mm。排气管的构造如图2所示。

4.3 穿筋

波形管安装完毕之后, 开始穿预应力筋的施工, 一般来说预应力筋的长度是有一定标准的, 并且长度固定, 将预应力筋按照波形管的形状进行穿入, 在预应力筋穿入时注意与波形管内的钢绞线错开, 预应力筋穿入完毕后, 要进行严格的检查[3], 第一要检查张拉处的预应力是否符合要求的长度, 能否满足该位置的张拉5作用, 第二要对锚具垫板固定位置进行调整和检查, 必须保证锚具的位置不会出现断档和重叠现象, 第三是要填充波纹管的缝隙和张拉端口的缝隙, 这样做的原因是在波纹管的孔道内避免漏浆的发生。

4.4 张拉

桥梁施工张拉和预应力加固都是通过千斤顶来完成的, 在进行操作前, 保证张拉的精确, 需要对千斤顶校正和测试, 如果使用的是油压千斤顶, 则需要对准性和油压表进行标定, 细致核对计量单位是都正确, 用大吨位砝码测试千斤顶, 入的质量和千斤顶标定的一致时, 即可使用, 张拉前必须对中横梁部位的混凝土和腹板进行测试, 混凝土必须具备要求的强度, 满足条件后, 才可以张拉[4]。一般用对称张拉的方法, 首先对独立柱墩部位的横梁钢束进行张拉, 当其长度张拉至桥体长度的二分之一时, 然后张拉腹板钢束, 张拉腹板时, 首先从中腹板开始, 使用方法为对称张拉, 然后张拉边腹板, 最后完成张拉的是横梁钢束。

4.5 压浆

在张拉施工完毕后立即进行压浆处理, 首先用高压水枪将孔道冲洗干净, 清除内部的杂物, 然后用空压机将孔道吹干, 然后将真空压浆饥的压力保持在1.0Mpa左右, 由下至上对孔道进行压浆, 水泥浆为C50, 当另外一段的孔道溢出水泥浆后, 并且保持3分钟的持荷可以进行补浆, 压浆完成后将张拉端在预应力外侧露出的钢绞线用切割机切断, 只需留0.4米, 在压浆孔道的两侧安装短管并设置阀门, 在压浆完成后将孔道进行封闭。[5]

5 结论

在进行桥梁预应力时, 要控制好材料的质量, 选择资质良好的厂家, 保证工程的施工质量和速度, 做好施工检查工作, 对于运行不正常的设备要立即检查, 严格按照设计流程进行施工, 保证工程的施工质量, 本工程施工后施工效果良好, 值的类似工程借鉴引用。

摘要：桥梁预应力加固是一种非常不错的桥梁加固方法, 具有良好的受力途径, 可以有效改善桥梁的结构状态, 提升桥梁的承载力。基于此, 本文以实际工程为例对桥梁体外预应力加固的设计与施工进行探讨。

关键词：桥梁预应力,加固,设计

参考文献

[1]魏志新, 刘小燕.T构桥梁的发展及施工对连续刚构桥梁设计的影响[J].科技传播, 2009 (05) :74-76.

[2]葛霖新, 徐增鹏, 张海林.预应力施工工艺在桥梁工程中的应用[J].中国新技术新产品, 2009 (08) :97-98.

体外预应力 篇9

1 体外预应力加固技术简介

作为后张预应力体系的重要分支, 体外预应力的加固技术得到了很好的应用。体外预应力是不同于传统的后张预应力结构的, 在进行操作的时候, 体外预应力结构可以经预应力布置在主体结构截面以外, 在这种情况下进行施加预应力的结构体系。体外预应力体系由四个部分组成, 体外预应力索、体外索锚固系统、体外索转向装置和体外索防腐系统。在很多桥梁加固施工中, 体外预应力加固技术应用的范围是非常广的, 而且在很多的新建工程中也是得到了很大的应用。在对使用时间过长的桥梁进行加固的时候, 应用体外预应力加固技术是有很多的优点的。首先, 这种加固技术在进行施工的时候是非常简便的, 在施工中对交通的影响非常小, 在使用中, 受力非常明确。体外预应力加固在自重增加很小的情况下, 可能起到很好的效果, 可以很好的改善和调整原有的桥梁结构受力情况, 同时可以更好的保证桥梁的刚度和承载能力。体外预应力加固技术在使用中, 如果需要维修, 也是非常方便的, 在桥梁使用过程中也是可以随时进行预应力索的更换。采用体外预应力加固技术, 可以保证原有桥梁的结构不受到影响, 同时在使用中, 不会增加桥面的标高。

2 加固设计的步骤

2.1 体外预应力筋面积的估算

在实际工程加固中, 通常会采用虚功原理或者是力法进行结构对体外预应力筋面积进行估算。在进行估算的时候要根据结构力学的原理将体外索的应力作为变量, 然后将切断水平筋作用力作为单位力, 最后通过力学方程式采用预应力度法来确定体外预应力筋的拉力。

2.2 加固体系的验算

在确定好体外预应力筋的用量和预应力的拉力以后, 就要对加固后的桥梁各项的使用性能指标进行验算。在使用阶段要对混凝土的应力情况进行验算, 同时对原桥梁内钢筋的应力进行验算, 对体外预应力筋进行验算。在桥梁结构处于工作状态的时候, 要计算出荷载的作用值, 同时对材料的使用允许值进行比较, 在比较以后, 判断其是否满足要求。在进行极限强度验算的时候, 要根据实际的体外预应力筋配筋的情况进行分析, 对极限抗弯强度和抗剪强度进行计算, 在计算完成以后根据得到的数值对是否符合设计的要求进行判断。在进行加固验算的时候, 如果验算的结果不能满足设计的要求, 就要重新来对配筋情况进行计算。

2.3 锚固端和转向块的设计

在进行体外预应力加固技术设计的时候, 转向块和锚固端的构造设计工作也是非常关键的, 在进行设计的时候要考虑到结构的特点和使用的功能, 在综合考虑这些因素以后, 设计才能更好的达到使用的效果。锚固端和转向块的设置是可以利用原桥梁结构中的横隔或者是通过新增横隔来达到目的的。新增的横隔一定要和原有的结构保持可靠的连接, 同时横隔的形状要根据具体的桥梁横面形状和拉索类型来确定。

锚固端的作用就是要将拉索两端的锚具与梁体固定和连接, 以便将拉索的拉力传递给梁体。当使用膨胀锚栓或者种植高强锚杆 (或钢筋) 来固定锚固端时, 应充分了解原梁体钢筋的分布情况, 避免钻孔对原结构的损伤。施工时需借助钢筋探测仪器, 核实钢筋的实际摆放位置。转向块担负着钢索转向的重要任务, 在结构加固工程中形式很多样, 应根据实际情况进行设计。梁侧力筋向下弯折处可采用钢吊棍作为转向装置, 力筋向上弯折处可在梁侧加肋与力筋接触处设置支承垫板;在梁顶或梁底的转向装置可通过在梁体直接设支承垫板完成, 但此时应能确保加固梁的混凝土的强度达标, 不会在垫板处造成局部破坏。

3 体外预应力加固技术的实际应用

很多的桥梁在经过多年的使用以后会出现不同程度的破损情况, 在出现破损情况以后要对桥梁进行及时的修补, 这样才能更好的保证桥梁的使用效果不好受到影响。桥梁出现破损情况就要进行桥梁的检测, 将检测出来的情况进行总结, 很多的桥梁在检测的时候经常会出现, 桥梁部分桥跨在整体受力性能上不能满足设计和使用要求, 同时为防止结构工作状态进一步恶化, 桥梁通常在交通干线是非常重要的, 会导致其长期处于超载状态, 需要对桥进行重建或大修。综合比较各种加固方案后, 最终决定采用体外预应力加固的方法对旧桥丁梁进行加固。针对丁梁跨中截面抗弯能力不足的问题, 在梁肋底张拉预应力水平筋, 水平筋为2根JL32精轧螺纹钢筋, 两束预应力索布置在两榻丁梁之间, 两端分别锚固在梁底的转向块上。两个转向块对称设置在1/4桥跨横隔板处, 转向块采用6~28mm的钢板制成。转向块的固定首先需要预埋好支撑板, 施工前先将梁横隔板底贴钢板处混凝土凿除1cm, 再用环氧砂浆将支撑钢板粘贴在梁的横隔板底面上, 然后将转向钢板与预埋的支撑板顶紧焊接。另外针对梁体根部抗剪承载能力不足的问题, 采用在腹板锚固斜拉杆的方法进行加固, 斜杆由16a槽钢和钢板焊接组成。上锚固块首先用环氧砂浆将粘贴在梁体腹板上, 再采用高强螺栓将锚固块固定在腹板, 由于螺栓孔位是根据旧桥施工图钢筋位置确定的, 与其实际情况存在一定的偏差, 因此在确定锚固及打孔的位置前, 需要进行必要的钢筋探测防止螺栓孔位与钢筋冲突。精轧螺纹钢采用热镀锌防锈层, 外套热压成型的PE塑料保护套防腐。对于同一根梁的两侧预应力钢筋应做到同步张拉。每根索的设计张拉力为20Mpa, 根据计算, 加固后桥梁抗弯承载力提高约15%, 桥梁跨中挠度值减小1.5mm。

4 结论

在对桥梁进行加固的时候, 采用体外预应力加固技术来进行施工, 不但可以提高原有桥梁的抗弯能力和抗剪承载能力, 同时在施工中使用到的施工材料也是非常省的, 这样就使得出现管道摩擦损失的情况得到了减少。体外预应力加固技术在施工的时候, 预应力筋在布置的时候是非常灵活的, 而且施工后的安全性和可靠性也能得到保证。特别是可以在结构正常工作情况下实现调索和换索, 是其他结构形式所无法比拟的优点。随着相关理论的不断完善、新型材料和新型锚固体系的发展, 为体外预应力技术的应用带来了新的活力, 使得桥梁体外预应力加固技术在应用方面有了更好的发展, 同时在发展前景上也是非常乐观的。

摘要：在桥梁的梁体外进行预应力的加固可以更好的保证桥梁的安全性和可靠性, 同时在梁体外进行加固施工是非常灵活的。在很多的桥梁施工中, 在梁体外进行工程的加固得到了广泛的应用。在进行加固的时候要进行加固技术的设计, 同时在施工中要按照一定的步骤来进行, 而且在实际施工中也有很多的注意事项。

关键词：体外预应力,加固技术,设计方法

参考文献

[1]郭虹.小议预应力桥梁的施工质量控制[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2010 (3) .

浅谈旧桥加固之体外预应力法 篇10

1.1 钢拉杆横向加固

该方法是采用钢拉杆进行横向加固实现体外预应力的施加。一般情况下, 在梁底面设置两排4Φ25mm的16锰钢筋。用撑棍将拉杆距离梁端L/6处撑开, 在沿梁纵向外侧弯起, 通过支点将梁端进行锚固。水平段设置拉杆时, 可将水平撑棍截成几段, 在每段中心使用垃圾螺栓收紧两排拉杆。在此过程中, 拉杆的伸长会引起预应力的变化。这种加固方法可以基本消除原有桥的恒载挠度, 且略有些反拱。通过加固后观察检测表明, 桥体在原设计荷载的作用下其裂缝宽度和挠度都有所降低。

1.2 钢拉杆加固

钢拉杆加固方法是在梁底面下设置2Φ34mm的钢拉杆。所设置拉杆在距离梁底支点L/6处转折并斜穿端横梁, 在梁端上部钢垫板上进行锚固。采用此种加固方法后的观察检测显示, 虽然梁实测挠度比理论计算值较小, 但仍然存在很大的残余变形。没有出现新的裂缝且原有裂缝宽度有所减少, 取得了良好的加固效果。

1.3 斜筋、水平筋加固

使用此种方式对旧桥进行加固, 需要选用2Φ28mm、2Φ32mm的螺纹高强精轧钢筋为水平筋、斜筋。两者由钢制滑块进行连接, 在梁顶锚固斜筋上端。对此种方式加固后的观察检测显示, 桥梁原有裂缝宽度得到了明显的改善, 桥面平整, 主、新梁连接良好, 明显提高了桥梁的刚度和整体的工作性能, 且各实测梁挠度值都比规范容许值小。

2 体外预应力加固体系构造

2.1 水平筋

水平筋 (水平拉杆) 大多由钢丝束、螺纹高强粗钢筋和钢丝绳构成。水平筋的主要作用是对梁底施加预应力, 促使梁体出现反向弯矩, 抵消活载正弯矩及部分自重, 增强梁体承载能力。若水平筋使用粗高强钢筋时, 可采用冷拉Ⅲ或Ⅳ级钢筋, 还可以用圆钢45号制作。钢筋梁端制成粗制螺纹, 并使用螺母锚固。若采用钢丝束时, 可采用锚头在梁顶端部进行两端的锚固。梁底两侧箍筋对钢丝束纵向线进行固定。如果使用钢丝绳, 可以直接使用锚固锁将钢丝绳两端固定于主梁腹板上, 用钢丝夹锁紧, 还可以把钢丝绳两端固定于梁底滑块上。

2.2 斜筋

斜筋多数由槽钢或粗高强钢筋构成。斜筋下端通过梁底滑块和水平筋相连接, 上端在梁端腹板或梁端顶部进行锚固。斜筋的主要作用是抵抗梁端预剪力和负弯矩, 提高梁的整体承载能力。若使用钢丝绳、钢丝束时, 能够把水平筋和斜筋相接为一体, 从而不单独使用斜筋。

2.3 体外预应力锚固系统

锚固系统包括不可更换和可更换两大类。不可更换预应力锚具, 是永不更换、调整钢索, 多应用在混凝土结构和体外预应力索存在离散粘结桥梁结构。能够更换体外预应力系统需要确保混凝土结构和锚具之间的隔断, 对预应力混凝土结构来说, 锚固位置、转向结构处是其中的关键。根据斜筋抵抗负弯矩、预剪力大小将体外预应力锚固分为梁顶锚固、腹板锚固和梁端锚固。

2.3.1 梁顶锚固

若桥梁的交通量较小, 桥下有难度较大施工作业或可能短期影响交通时, 可以把斜筋锚固在梁端顶面或梁面板顶面上角处。若斜筋锚固于桥面板顶面, 可现在端横梁和桥面板上开凿和斜筋方向相同斜孔, 斜筋穿入后, 根据钢垫板尺寸在斜孔四周将桥面板凿出凹槽, 并使用环氧砂浆粘牢。当斜筋张拉后, 可以使用螺母, 通过垫块把斜筋固定在桥面板, 然后使用混凝土封闭锚头。若斜筋锚固于桥梁顶面, 可先将梁端混凝土面板凿除, 在梁端顶面造成和斜筋相垂直斜面, 并在隔板上凿除和斜筋方向一致的斜孔。使用槽钢或角钢制作支撑垫座并采用环氧砂浆进行固定, 固定位置在梁端斜面。斜筋穿过支撑垫板和横隔梁斜孔时, 可以使用千斤顶张拉, 用螺母固定于支撑垫板上, 然后利用混凝土封闭锚头。

2.3.2 腹板锚固

若施工桥交通量较大, 不易中断交通时, 可以采用此种方法进行锚固。具体分为:

1) 摩擦粘着锚固。此种锚固方法是利用高强螺栓将梁腹板锚固装置固定来锚固斜筋。其锚固原理主要是利用高强螺栓摩擦力、环氧砂浆粘结力进行, 由钢丝网环氧砂浆、锚固钢板和高强螺栓组件构成。螺栓组件又分为垫圈、高强螺栓和高强螺母。零件由45号钢通过热处理支撑。通过螺栓预应力将梁体、粘结层和锚固板夹紧, 产生摩擦力进行预应力的传递。此种锚固方法具有传力均匀、锚固力大, 损伤梁体较小等优点, 缺点是耗钢量较大。

2) 钢销锚固。若斜筋采用型钢或钢丝绳时, 使用此种方式是最为方便的。此种锚固方法是把钢丝绳做成圆孔, 套在钢销端头, 利用钢销抗弯、抗剪和承压作用进行斜筋的锚固。锚固过程中, 应根据材料强度、受力情况确定钢销直径。钢销伸出梁腹板长度需要满足钢丝绳扣环构造需求。

2.3.3 梁端锚固

若使用施工横向加紧预应力施工工艺时, 可以使用此种锚固方法。首先将锚固钢板设置在梁端腹板以下, 把斜筋顶端和钢板焊接一体, 通过锚固钢板混凝土局压强度, 钢板和粗钢筋焊接强度满足锚固需求。

2.4 锚固钢筋施工工艺

1) 施工准备。检查混凝土表面完整度, 在凿毛混凝土表面做空位放样, 通过钢筋检测仪标出原有钢筋位置, 然后调整种植钢筋的准备位置。

2) 打孔:根据钢筋直径明确打孔深度, 打孔后检查孔深、孔径。

3) 清空:采用压缩空气对孔内进行清理, 确保无尘。

4) 注胶:将胶枪搅拌头深入孔底部, 往外逐渐移动注胶, 注满孔内体积2/3为止。

5) 植筋:把钢筋旋转插入孔底, 待植筋胶固化后可以进行其他工作。

6) 检查外观固化效果。检查过程中, 应对重要螺栓进行抗拔试验, 检测其锚固力有没有达到设计需求, 然后才可以进行下道工序。

3 旧桥加固之体外预应力力学分析

3.1 受力分析

使用体外预应力加固法加固简支梁, 相当于带柔性拉杆的超净定混合体。活载、恒载是桥梁结构承受荷载的主要组成, 在上部结构恒载和自重作用下能够读取预加力控制值。通过上部结构预加力、恒载和自重的共同作用, 体系处于平衡状态。因此, 计算平衡状态下的超静定结构、活载导致拉杆内力的增量是我们需要研究的重点。在此过程中, 活载、恒载和支座反力是平衡的, 所以不影响计算结构内力增量。

3.2 加固体系预应力损失和计算

桥梁加固之体外预应力加固法其受力钢筋的构造形式、施工工艺和普通钢筋有着显著的差异, 相对应的预应力损失计算法也有所不同。计算预应力损失时通常以水平筋为主, 还需考虑以下几个影响预应力损失变化的方面:1) 锚具变形产生预应力的损失。计算公式为σs2=ΣΔLEy/L。ΔL为锚具变形值, L为钢筋有效长度, Ey为钢材弹性模量。2) 混凝土徐变、收缩产生的预应力损失, 可近似σs6=0。3) 预应力钢筋松弛产生的预应力损失。σs5=μσk, μ为钢材松弛系数。4) 预应力钢筋分批张拉产生的预应力损失。Pi=Ui Nk。Pi为第i梁实际张拉控制力, Ui为超张拉系数, Nk为单梁设计张拉力。预应力发生损失是和环境影响、材料性能以及施工工艺有着密切联系的。

4 结语

体外预应力加固法可以大幅提高桥梁承载能力, 而且投入人力少、设备简单且施工工期较短。其主要优点是不易损伤原桥结构, 加固后桥面标高、桥下静空不受影响, 加固过程中能够不中断交通, 或只在短期内限制交通, 具有良好的社会价值和经济价值。随着我国交通事业不断发展, 原有桥梁改造工程将会越来越多, 体外预应力技术能够科学的满足旧桥加固需求。所以说旧桥加固之体外预应力法将得到更加长远的发展。

参考文献

[1]交通部科技情报研究所.公路桥梁上部结构加固技术.北京:交通部科技情报研究所, 2011.

[2]王海良, 朱光耀.体外预应力技术及其在桥梁中的应用与发展.黑龙江交通科技, 2009.

[3]杨文渊, 马广德等.钢筋混凝土T梁采用预应力钢绳加固的第一阶段实验研究.上海:上海公路, 2011.