體外預應力加固梁橋理論及實例分析

何玲玲 張亞妮

摘要：體外預應力加固梁橋施工簡便，且在基本不增加梁截面高度和自重的條件下，可提高梁抗彎、抗剪承載力和改善其在使用階段的性能。本文通過對體外預應力加固梁橋理論加以闡述，并通過一個工程實例計算，對進行體外預應力加固前后梁橋的承載力、撓度及應力進行對比分析。

關鍵詞：體外預應力 加固理論 梁橋 對比分析

1.引言

鋼筋混凝土梁式橋通常包括簡支梁、懸臂梁和連續梁等。當其存在結構缺陷，尤其是其承載力不足或需要提高荷載等級，既需要對橋梁主要受力結構進行加固時，可在梁體外部，即梁底或梁兩側，設置鋼筋或鋼筋束，并施加預應力，以改善橋梁的受力狀況，達到提高橋梁承載能力的目的。

2.體外預應力加固法的適用范圍及特點

（1）適用范圍

體外預應力加固法適用于空心板和箱梁等閉口截面、如T梁或n型梁等帶肋的開口截面、帶剛性腹板（或波紋鋼腹板）的三角形截面和帶將架腹板的箱形截面。體外預應力加固法適用于中小跨徑橋梁，對于較大跨徑的橋梁，采用本方法加固時，宜同時配合其他加固方法進行綜合加固，已達到較好的加固效果。

（2）特點

優點：由于預應力所產生的負彎矩抵消了一部分荷載彎矩，致使梁板的彎矩減小，裂縫寬度縮小甚至完全閉合，能較大幅度提高或恢復橋梁的承載能力；施工工藝簡單、干擾交通少、所需設備簡單、人力投入少、工期短、經濟效益明顯；對原結構損傷小，可以做到不影響橋下凈空、不增加路面標高等。

缺點：由于預應力加固梁橋時預應力筋布置在梁截面外部，易受環境的影響，需要可靠的防腐設計。

3.體外預應力加固法的理論分析

當采用預應力拉桿加固鋼筋混凝土梁橋時，加固結構性能和受力特征，與后張法無粘結部分預應力結構相似，張拉預應力如同外力一樣作用在原梁上，原梁仍承受著恒載內力；張拉預應力筋在原梁上產生的預應力內力，基本上與恒載內力相反，所以體外預應力實際起到卸荷作用。

體外預應力加固設計計算步驟：①計算求出加固構件提高荷載等級前所受荷載及其引起的內力，包括恒載和活載內力；②計算提高荷載標準后的活載內力，并由恒載和活載的組合來驗算加固的必要性；③由以上兩項之差得出內力提高值，估算出預應力筋應有的橫截面面積；④計算和確定預應力筋所必需的張拉力和伸長量；⑤承載力驗算；⑥計算確定施工中控制張拉時所需要的控制量。

4.實例分析

4.1工程背景

（1）橋梁病害

該梁橋上部結構為4×40m裝配式部分預應力混凝土連續箱梁，下部結構為柱式墩、空心薄壁墩、肋式臺、鉆孔灌注樁基礎。

該箱梁橋部分箱梁底板、兩側腹板部分均不同程度出現橫向和豎向裂縫，裂縫主要分布在箱梁L/4～L3/4范圍內，裂縫數量較多，間隔多為30cm～60cm，大部分裂縫寬度介于0.05～0.2mm之間，少量箱梁跨中底板橫向及腹板豎向裂縫寬度達到0.3～0.4mm；裂縫為結構受力裂縫，荷載試驗加載時，有非常明顯的開合現象。另外，個別箱梁中橫隔板混凝土澆筑不密實，存在大量蜂窩麻面等病害。

試驗表明：部分箱梁縱向應力及撓度校驗系數已較無病害橋跨下降15%～20%；抗裂性能已經不滿足設計要求。

（2）加固情況

針對該橋梁病害特點，主要由于箱梁底板及腹板開裂且裂縫寬度超限而引起預應力鋼束永存預應力不足所造成的，因此主要采用體外預應力加固法加固該橋，從而改善該橋不利的受力狀態。

對于受力裂縫相對較多的箱梁，在底板下緣安裝鋼結構齒板，張拉3φs15.2環氧無粘結鋼絞線4根，直線布束，在箱梁腹板安裝鋼結構齒板及轉向塊，張拉3φs15.2環氧無粘結鋼絞線2根。

4.2模型建立

該橋結構有限元模型采用Midas/ Civil2010建立。有限元模型包括主梁和支座等邊界條件的模擬，其中，主梁采用梁單元模擬。該橋加固前后模型均使用節點86個，單元80個。有限元模型圖1所示：

圖1有限元模型

4.3加固前后計算對比分析

（1）計算結果為加固前該橋第二跨跨中截面正截面抵抗彎矩為41468.9KNm，經過體外預應力加固后其正截面抵抗彎矩為48787.9 KNm，其承載力提高了17.6%。

（2）在最不利荷載作用下，按承載能力極限狀態進行荷載組合，主梁主要截面加固前的應力和撓度對比見表1。

表1主梁主要截面加固前的應力和撓度對比

5.結論

計算結果表明，加固后主梁各跨跨中的正截面彎矩承載力比原橋提高約17%，跨中的正截面彎矩承載力與原橋相同；主梁各跨跨中撓度平均下降約10%，截面應力平均下降約8%。綜上所述，該加固方法切實有效，結構的承載能力得到了明顯提高，結構受力狀態得到了明顯改善。

參考文獻：

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