橋梁加固體外預應力技術研究

李鵬

摘 要：作為一種高效、經濟的主動加固方法，體外預應力技術在危舊橋結構加固中具有良好的應用效果。為此，本文在全面了解體外預應力加固優點的基礎上，結合具體工程案例，對橋梁加固體外預應力技術要點進行了分析與探討，以期全面提升橋梁加固質量，推進橋梁工程建設事業持續、健康發展。

關鍵詞：橋梁工程;加固方法;體外預應力技術;優點

中圖分類號：U445.72 文獻標識碼：A

0 引言

隨著我國交通運輸事業的迅速發展，橋梁工程也得到了長足的發展。然而，在行車荷載和自然因素的長期作用下，大量橋梁均出現了不同程度的病害，這些病害的產生，將會橋梁運輸帶來嚴重的安全隱患。為恢復橋梁工程使用性能，必須采取科學、有效的加固方法。常見加固方法包括：粘貼鋼板加固、體外預應力加固、增大截面加固等。作為一種簡單、高效、有效的加固方法，體外預應力技術在橋梁結構加固施工中具有顯著效果，可改善結構安全性能，延長橋梁工程使用壽命。

1 體外預應力加固優點

體外預應力加固是指利用轉向塊或錨固塊進行定位、錨固，將體外索在加固橋梁上進行張拉處理，從而增強橋梁結構的承載力，改善正常運行條件下橋梁結構的應力狀態和下撓程度。在危舊橋加固當中，相比其他加固技術，體外預應力法加固自重不大，可節約成本，且不會過多影響原橋梁結構，不僅可以當做臨時加固措施使用，還能用于永久加固。于橋梁結構而言，體外預應力加固的卸載作用良好，加固施工之后，將會大幅提升橋梁結構的承載力。作為一種主動加固法，體外預應力加固的優點如下：

（1）通過對梁體外預應力束施加預應力，可以建立一個完整的加固體系，進而提升加固材料的使用率，可看做是一種施工效果良好的主動加固法。

（2）通過體外預應力加固技術的應用，可以對結構產生間接卸載，進一步提高結構的承載力和抗彎剛度。

（3）能夠減小橋梁結構下撓，避免產生裂縫，或修復結構，促使裂縫閉合。

（4）施工作業簡單，工期短，對交通影響小，投入少，具有良好經濟性。

（5）體外預應力體系自重較輕，于墩臺、基礎來講受力不大，可大大節省加固成本。

（6）便于體外預應力束應力調整和體外預應力筋的更新，預應力變化不大，不會出現疲勞等情況。

2 工程概況

某橋梁工程全長468 m，為三跨連續剛構橋，跨徑為124 m+220 m+124 m。采用單箱單室箱形為主梁截面，澆筑C55混凝土，12 m、6.5 m分別為箱梁頂板寬度和底板寬度。經橋梁安全性能檢測發現，橋梁整體剛度不足，部分位置存在大量裂縫。為此，需做相關試驗驗證，根據具體情況，采取科學、合理的方案進行病害處治。

3 外觀檢測及分析

通過安全檢測發現，本橋梁存在大量裂縫問題，具體情況如下：

3.1 主梁開裂檢測

（1）箱外底板裂縫。根據外觀檢測結果顯示，縱橋向開裂是主橋箱梁外底板裂縫的主要表現形式，檢測結果如表1所示。

根據現階段我國相關規范要求，0.20 mm是縱向裂縫允許寬度最大值，本工程裂縫最大寬度為0.39 mm，已遠遠超過規范要求。究其原因在于：①箱梁內外溫差大;②底板自重和薄壁箱梁產生扭轉情況，將會出現附加應力;③曲線預應力布設于張拉箱梁底板部位時，極易產生徑向力，導致底板中部下緣產生大量裂縫。

（2）箱內齒板裂縫。通過檢查可見，箱梁內部齒板處也產生了大量裂縫，共檢測出175條裂縫，裂縫總長度高達58.2 m，裂縫最大寬度為0.97 mm，遠遠超過規定值。究其原因在于，在橋梁主梁結構當中，①齒板屬于嚴重受壓區域，存在極為復雜的應力作用;②設計當中，部分配筋存在問題;③張拉預應力過程中，混凝土強度存在問題，這些問題的存在，均會導致齒板開裂。

除了箱外底板、齒板處產生裂縫外，在箱外腹板、翼緣板及箱內底板、腹板等位置也發現了開裂情況，但相對較少。除了裂縫病害之外，在箱外部分混凝土還存在其他病害，比如空洞、錯臺、麻面等。

3.2 跨中下撓檢測

通過現場外觀檢測，本橋梁中跨跨中處存在下撓情況，集中存在于179 m～289 m之間，中跨跨中合攏段為最大下撓部位。通過測量分析，相比原設計值，高程較小，最低高程低出了13.2 cm。且兩邊跨橋面實測線形和原設計線形也不相符，測量的最大負偏差值在兩邊跨與梁端相距30 m處，該部位的橋面實測高程同樣低于原設計值。則在其他部位，實測高程則在原設計值以上。跨中下撓產生的根本原因在于以下幾點：①因為主梁混凝土收縮徐變，導致跨中下撓嚴重;②頂板懸臂施工束、底板預應力束損失，均會嚴重影響結構內力，導致跨中下撓產生。

4 加固方案的確定

作為橋梁整體剛度及強度的主要檢測方法，靜載試驗更直觀、更準確、更可靠。經靜載試驗檢測可知，相比理論狀況，本工程局部橋跨箱梁實際工作狀況較差，對于裂縫較多的部位，撓度校驗系數大于1，由于裂縫過多，極易出現剛度折減情況，說明結構剛度已無法達到設計要求。此外，在荷載作用下中跨跨中部位下撓情況嚴重，不僅會對橋梁的使用性能造成不利影響，甚至會危害橋梁安全性。為保障橋梁運行安全，決定進行箱梁補強加固處理，通過分析橋梁病害原因，為達到改善主梁應力狀態，提高橋梁承載能力的目的。應采用增設縱向體外預應力鋼束的施工加固方案。

5 加固施工要點

5.1 體外預應力加固

由于中跨、邊跨部位的主拉應力值較高，因此，可將體外預應力鋼束布設于中跨、邊跨處，便于裂縫梁段的一部分剪力向根部梁段傳遞。根據現場實際情況，中跨、邊跨所使用的加固鋼絞線型號、數量均有所不同，具體如表2所示。并將1 860 MPa作為抗拉強度標準值。一般情況下，體外預應力束的張拉應力可控制在鋼絞線設計強度的60%左右，即1 116 MPa。

由于體外預應力束使用量較大，布設時，可按照箱梁內部頂底板分散的方法進行分布。為便于后期橋梁養護維修，需采用可調可換式錨具。

錨固時，可采用邊跨端部橫隔板、墩頂位置的橫隔板錨固體外預應力束。若錨固邊跨橋臺部位的橫隔梁時，則必須先去掉部分橋臺背墻，這樣可以為更方便地放置錨具，并便于張拉施工?；谙鋬瓤臻g不足，需選取混凝土橫隔板作為轉向裝置。

5.2 中跨跨中箱梁底板抗彎加固

為達到底板裂縫有效封閉的效果，可將鋼板粘貼到中跨跨中、邊跨、次邊跨處的箱梁底板底面上，用于抗彎加固。

5.3 加固有效性分析

為檢驗體外預應力的加固效果，在承載能力極限狀態下，經計算分析可見，對于本工程體外預應力加固在正截面抗彎、斜截面抗剪等方面具有良好的施工效果。具體試驗檢測結果為：

（1）正截面抗彎安全系數分析。在墩頂處，檢測所得的正截面抗彎安全系數從1.12增至了1.16。

（2）斜截面抗剪安全系數分析。在中跨2L/8、6L/8處，檢測所得的斜截面抗剪安全系數從0.95增至了1.03。

由此說明，在承載能力極限狀態下，通過體外預應力加固施工可以對橋梁安全儲備發揮積極的效應。

在正常使用極限狀態下，經計算分析可見，橋梁工程采用體外預應力加固施工后，箱梁截面上、下緣主拉應力均存在不同程度的下降。究其原因，梁內體外預應力筋的布設，將會產生一定豎向分力，促使剪力減小，最終起到降低混凝土主拉應力的效果。于裂縫區域而言，主拉應力的減小將會有效抑制裂縫產生。

于橋梁中跨跨中下撓情況來講，利用體外預應力加固施工能夠有效提升橋梁的整體剛度。經試驗檢測結果可知，本工程中跨跨中部位在行車荷載作用下，其跨中下撓現象有所改變，下撓值從原來70.03 mm降至了56.27 mm，邊跨撓度同樣也有所下降。整體來講，體外預應力技術對于橋梁加固施工具有良好的應用效果。

6 結束語

綜上所述，自改革開放以來，我國交通事業快速發展，橋梁作為道路橋梁的重要組成部分，其數量也在成倍增長。然而，隨著橋梁數量的迅速增加，大量橋梁病害也不斷顯現，尤其是上世紀80年代修筑的橋梁工程，很多橋梁已變成了危橋、舊橋，其使用性能已無法滿足標準規定，甚至會引發嚴重的安全事故。為此，必須采取切實可性的措施，加固橋梁結構，提高結構承載能力和耐久性，保證結構安全。相比其他加固技術，體外預應力技術更具優勢，不僅能夠有效提升橋梁結構承載能力，還對交通干擾小，具有良好經濟效益。

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