體外預應力加固技術在某連續板梁中的工程應用

摘要：體外預應力加固技術是一種受力途徑明確，可顯著提高承載力的加固方式。本文結合工程實例，提出了水平力筋布置形式下加固某板梁的設計與施工方法，對該橋使用壽命的延長具有一定的意義。

關鍵詞：橋梁加固 體外預應力 設計 施工

1 概述

在橋梁建設飛速發展的今天，上個世紀修建的許多公路陸續地進入了維修期，對已經出現嚴重病害且不能滿足實際交通需求的橋梁，急需采取工程措施進行加固或改造。常見加固方法有體外預應力加固技術、粘貼鋼板加固技術、增大構件截面加固技術、裂縫修補加固技術等。本文擬通過工程實例介紹體外預應力加固技術在預應力混凝土連續板梁中的應用。

體外預應力加固法是采用外接預應力鋼拉桿對結構構件進行加固的方法，改變原結構內力分布并降低原結構應力水平，使一般加固結構中所有的應力應變滯后現象得以完全消除，因此，后加部分與原結構能較好地共同工作，結構的總體承載力可顯著提高。

2 工程概況

某預應力混凝土連續整體空心板橋，跨徑布置為20m+3×25m＋20m，板厚1.3m，分左右兩幅。左幅板頂板包括翼緣寬13.5m，底板寬9.2m；右幅板頂板包括翼緣寬17.5m，底板寬12.53m。板內橫梁設在墩頂處，其構造寬度同主梁。橋面縱向為平坡，橫向為2%雙向橫坡。橋墩采用柱式墩，基礎為鉆孔灌注樁。支座采用GPZ系列盆式橡膠支座。主梁采用滿布支架整體現澆施工，逐次形成連續體系。經檢測，其重點病害發生在第三跨，主要表現為第三跨出現了多條橫向通長裂縫，最大縫寬達0.22mm，該縫位于正彎矩較大的跨中部位。該跨的鋼筋銹蝕測試結果表明構件試驗區域內鋼筋有銹蝕活動性。靜載試驗表明結構等效設計荷載作用下，所測應變殘余值較大，撓度殘余值基本滿足相關規定及要求，結構測試跨彈性恢復能力略有所降低。

2.1 加固方案分析

2.1.1 復核驗算

本次驗算僅對出現重點病害的左幅進行分析。模型計算采用平面桿系理論，連續板梁采用平面梁單元。全橋共劃分為115個單元。按1985規范和原橋設計標準，考慮了汽車荷載、掛車荷載、溫度力、支座沉降、混凝土收縮徐變等荷載組合進行計算。

2.1.2 病害分析

驗算結果表明，在最不利荷載組合下第三跨中截面下緣出現了較大的拉應力值，不滿足規范要求。同時，計算結果進一步證實了底板出現的橫向裂縫是受力裂縫。再結合檢測結果發現，該跨內鋼筋已有銹蝕活動，殘余應變較大，說明該跨的整體剛度已出現較大下降，預應力儲備明顯不足。

為此，我們認為加固此橋應從補充該跨預應力儲備著手。故經過多方必選，擬采用梁底增設有粘結體外預應力對正截面進行加固補強，以增強梁的抗裂性和提高抗彎承載能力。

2.2 加固方案及效果分析

經多方案比選，決定采用在跨中24m范圍的梁底板上增設90根φj10.8的三股鋼鉸線，預應力筋采用小型千斤頂張拉。預應力筋按順橋向對稱順序張拉，以保證均勻受力。為保護預應力鋼束及錨頭，特選用高性能抗拉復合砂漿作為體外預應力束的保護層。因此，當預應力筋張拉完畢后，應在預應力筋和錨頭范圍內噴注高性能抗拉復合砂漿(HTCM)。預應力筋布置區段，噴注一層30mm厚，錨固區噴注二層共60mm厚，過渡段做成斜坡。

2.2.1 建模

模型中材料參數及荷載取值同原設計模型；

體外預應力筋的材料參數如下：

體外預應力筋采用先張法，鋼絞線采用φj10.8低松弛鋼絞線（1×3股），抗拉標準強度fpk=1470MPa，每根的面積為177.9mm2，張拉控制應力取σcon＝0.55fpk=0.55×1470＝808MPa。

高性能抗拉復合砂漿的材料參數

在此次加固計算中，為偏安全考慮，暫忽略梁底噴射的高性能抗拉復合砂漿之抗拉性能，只將其作為靜力荷載，列入二期恒載范圍，取其容重為20kN/m3。

2.2.2 計算結果

正常使用極限狀態應力驗算

在采取了增加體外束的措施后，主梁截面下緣已從最大拉應力3.04Mpa降低到0.02Mpa的拉應力，降幅達99.3％，該跨主梁下緣已基本不存在拉應力，加固效果顯著。

承載能力極限狀態驗算

根據表1可見，當第三跨施加了體外預應力后，除第四跨彎矩值略有增加外，其它各跨彎矩值均有所下降，且各跨值遠小于規范容許值。

2.2.3 加固措施驗算

預應力筋產生水平合力：F=808×103×59.3×10－6×90＝4320kN；

錨栓抗剪力合計：F=182×（π×122/4×10－6）×320×103＝6584kN

垂直于焊縫長度方向應力：σ=4320×103/（9200－190－46×10）=49N/mm2

不考慮焊縫應力方向的角焊縫驗算：（σ2+τ2）0.5=49N/mm2＜f=200N/mm2

預應力水平拉力遠遠小于錨栓抗剪力，不會被拉開；焊接應力遠小于焊縫抗拉抗剪設計值。

經上述計算分析可見，左幅第三跨主梁底板采用張拉預應力鋼筋并錨噴高強抗拉復合砂漿的加固措施，使預應力筋形成有粘結預應力鋼筋，和主梁一起共同承擔橋面二期恒載及活載作用，有效提高了主梁的抗彎性能及抗裂性能。

3 結論

通過對該橋的加固效果分析，可以得出如下結論：①體外預應力技術采用現有施工手段即可實現，加固方法易于被工程單位所接受，為今后類似病害橋梁補強及承載潛力的提高提供了較好的參考。②適量的增加體外預應力，可補充預應力儲備的不足，使得結構斷面恢復了一定的壓應力儲備，對已開展的裂縫起到抑制作用。

參考文獻：

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