體外預應力加固簡支T梁技術

賀香寶

（江西有色建設集團有限公司，江西 南昌 330038）

1 橋梁加固的現實意義

雖然公路橋梁因其造價昂貴、作用突出、社會影響大而備受社會各界和工程界重視，人們千方百計確保其工程質量，但其在建設過程中仍然會因條件、工藝、技術等因素而或多或少存在不同程度、不同類型的缺陷，并隨著各種不同荷載的反復作用，特別是超限荷載的沖擊，造成這些缺陷不斷放大或者產生新的結構性病害，繼而橋梁成為無法滿足使用性能要求的“危橋”。隨著我國交通基礎設施的不斷建設，在役橋梁數量成倍增加、橋梁跨徑紀錄不斷刷新。然而，隨著我國國民經濟的不斷增長，通行于各等級公路橋梁上的交通量與重載交通也驟增；因此，如何保障橋梁運營安全、提高橋梁結構的耐久性也慚慚成為橋梁界一個十分突出的問題。據調查，截止到2007年底，我國已建成各類公路橋梁近36萬座，其中有近1.5萬座進入“老齡”階段，隨著時間的推移，進入“老齡”階段的橋梁會越來越多，一些橋梁早已出現各種“病害”，卻常年帶“病”運營，潛在著巨大的安全隱患[1]。

2 體外預應力加固原理

體外預應力技術是相對體內預應力技術而言，是在構件體外通過錨固體系、轉向裝置及預應力筋等構造措施對構件施加預應力。體外預應力加固技術相對其他如“增大截面法”、“粘貼鋼板法”、“粘貼碳纖維布（板）”等加固方而言是屬于一種主動加固橋梁方法。其加固基本原理是：使被加固的結構成為一個帶柔性拉桿的內部超靜定結構，通過對體外柔性拉桿施加預應力，改變原結構的內力分布，調整原結構應力水平，從而達到提高結構承載能、改善結構抗裂和耐久性的目的[2]。

通過對水平預應力筋張拉，由聯結桿傳遞給錨固體系對梁體正截面預加壓應力，從而抵消荷載作用下構件的拉應力而調整構件下緣應力狀態提高件承受荷載能力；由于水平預應力筋的張拉通過轉向體系對被加固構件預加一個反向負彎矩，消抵各種荷載作用下在構件內產生的正彎矩，從而提高構件正截面抗彎拉能力，反向彎矩的大小取決于一是預加力的大小，二是轉向偏心的高度。

3 體外預應力加固工程實例

（1）工程概述。進港大道蕉門橋座落于廣州市南沙開發區進港大道蕉門牌坊段，舊橋布置形式為11×16米鋼筋混凝土簡支T梁，單幅每跨由5片T梁組成，橋梁建造于90年代，原設計荷載等級為汽-20級。T梁翼板寬1.6m，翼緣厚8cm，肋板寬18cm，梁高1.1m，橫隔板厚15cm，間距3.58m。

（2）橋梁病害現狀。因橋梁經過多年使用，且因橋梁位于南沙開發區的交通主干道上，舊橋的設計已經不能滿足日益增長的交通量的需求。經檢測橋梁上部構造混凝土平均強度為37.7Mpa，主橋下緣中部多處出現結構性裂縫，最大裂縫寬度達到0.4mm，超過規范容許值的100%。該橋測試跨在基本試驗荷載下，部分指標不滿足《試驗方法》和《橋規》的要求，實測值與理論值相差較大，表明結構工作狀態較差。

4 上部構造結構核算

原結構T梁核算按照原設計荷載等級（汽-20）和原《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵規范》（JTJ023-85）要進行，采用midas/civil橋梁軟件建立桿系模型。

（1）結構模型。①采用梁單元模擬，每片T梁建立23個節點，22個梁單元。②簡支梁一端采用固定鉸支梁，另一端采用活動鉸支座模擬。

（2）荷載。①結構重力：混凝土重度按25kN/m3計，程序自動計入。②二期恒載：按橋面實際鋪裝厚度計算。③活載：雙向雙車道，跨中橫向分布系數按照剛接板法計算，取邊梁復核，計算橫向分布系數為0.583。④主要材料指標：混凝土強度C35，鋼筋按HRB335計算。⑤荷載組合按極限承載能力復核，即1.2CD+1.4MV組合。

（3）復核分析結果。如圖1，2所示。

（4）原簡支單梁跨中承載能力復核。根據原橋梁竣工圖紙資料，簡支T梁正截面承載能力抗彎矩計算結果為1305.94KN.m，經程序分析計算T梁在使用極限能力組合作用下跨中彎矩為1254.44KN.m。安全系數僅為1.042，安全儲備不足，需對原橋梁進行提高承載力加固。

圖1 體外預應力承載參數

圖2 承載能力復核數據

5 加固實施

（1）體外預應力實施方案。本橋簡支T梁體外預應力筋采用在梁縱橋向下緣外側各安裝一根steelbar930精軋螺紋鋼，預應力筋通過聯結桿與錨固體系聯結，錨固體系設計為在梁外側植筋粘貼鋼板，轉向裝置直接利用T梁橫隔板并墊以四氟橡膠板實現。如下圖：

圖3 T梁體外預方應力體系圖

（2）錨固鋼板、聯結桿均采用Q345C鋼板制作，錨固鋼板采用植入高強螺桿與梁體聯結，梁體與鋼板間注粘鋼膠。轉向裝置利用T梁橫隔板，在轉向裝置構件與橫隔板間安裝3cm厚的四氟滑塊實現水平滑移。

（3）預應力筋采用兩端張拉，考慮原有梁體混凝土強度偏低，控制應力為60%的預應力筋極根抗拉應力，即558Mpa。

6 體外預應力加固后計算復核

（1）體外預應力模型。加固完成后采用midas/civil建立桿系模型，設計荷載等級（汽-20），梁體單元增加2根體外預應力鋼筋。模型如下圖：

圖4 體外預應力模型

（2）計算條件。與原構件計算條件一致，另增加體外預應力單元，荷載組合同樣按承載能力極限作用效應，即1.2CD+1.2CT+1.4MV組合。

（3）分析結果。

圖5 預應力加固后梁體位移

圖6 預應力加工后梁體彎矩包絡

圖7 預應力工況梁體彎矩

7 加固前后結果對比

（1）承載能力對比分析。從加固前后模型分析結果表明在極限承載能力組合作用效應下，梁體跨中彎矩由加固前的1254.4KN.m降低到加固后（施加體外預應力后）的812.2KN.m。梁體承載能力提高35.3%，安全系數由加固前的1.04提高到1.61。

（2）剛度對比分析。加固前荷載組合效應下跨中撓度為24mm，加固后跨中撓度為14mm，跨中撓度減少率為41.7%，結果表明在體外預應力加固后橋梁整體剛度大幅度提高。

（3）體外預應力的作用效應。由加固后在預應力工況作用效應下的彎矩包絡圖表明，在預應力荷載作用下，在梁中段產生向上的負彎矩，同時梁體向上拱起，正是由于負彎矩的產生抵消部分極限承載能力組合荷載作用下產生的梁中正彎矩，從而提高梁體承載能力，達到梁體加固目的。

8 結論與總結

（1）結論。橋梁加固完成后通過對橋梁靜載、動載試驗檢測，檢測結果表明：加固后的16m簡支T型簡支梁橋的各試驗控制斷面的主要力學測試指標（撓度、應變和裂縫）滿足《大橋試驗方法》的要求，動載試驗結果表明試驗橋跨的動力剛度滿足設計要求。

（2）體外預應力加固橋梁總結。從理論分析與荷載試驗檢測結果表明，體外預應力法加固橋梁因改變橋梁內部結構體系，引起結構內部應力重分布從而有效的提高梁體承載能力，作為一種主動加固方法，預應力筋與被加固梁體共同協調變形，提高梁體剛度。體外預應力加固方法，簡單易實施，加固成本較低，同時可實現不封閉交通狀態下實施，隨著橋梁加固數量的增多，體外預應力是一種可靠的提高承載力的加固方法。