体外预应力技术在桥梁加固施工中的应用

1、    体外预应力技术在桥梁加固施工中的应用    闫章明摘 要：经过几十年的实践和研究，桥梁加固技术体系已较为成熟。体外预应力加固法作为一种施工工期短、效率高、施工方便的桥梁加固技术，因其独特的优势在桥梁工程施工中得到了广泛应用与推广。本文结合具体案例，分析了桥梁病害原因，并通过对比多种加固方法，择优选用了体外预应力加固法，并对其施工应用要点和加固效果进行了评价与分析，以期全面提升桥梁加固质量。关键词：体外预应力技术;桥梁加固;应用要点改革开放40多年来，我国经济迅速腾飞，路桥事业得到了长足发展，并取得了令人瞩目的成绩，是见证中国速度的一抹重彩。然而，

2、在路桥工程建设数量不断增加的同时，大量早期修筑的桥梁工程因运营使用时间长，出现了大量病害。据不完全统计，我国现有路桥工程超过30%使用年限已达到30年，存在安全隐患的三、四类桥梁所占比例高达40%，危桥数量超过几十万座。若全部拆除重建是不切合实际的。因此，解决此类问题关键在于加固与维修改造。常见桥梁加固方法包括体外预应力法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维片材加固法等。本文以体外预应力加固技術为研究对象，将其用于桥梁结构加固，可以改善混凝土的应力状态，提升桥梁承载力，达到抗裂理想效果。1 工程概况某桥梁工程全长224m，桥跨径组成为62+100+62m，变截面连续梁为桥梁上部结构，双向纵坡为桥面线型

3、，9000m为竖曲线半径，设2%横坡，采用盆式支座。下部结构采用实体板式墩为主跨桥墩，基础为钻孔灌注桩，布设形式为梅花形，共8根。并以双柱式墩为边跨过渡墩，将盖梁设于墩顶。建成通行运营三年后，定期检查中发现，桥梁体有严重裂缝问题，经综合评价，桥梁体下挠严重，大量裂缝存于顶底板、腹板、横隔板处。裂缝统计情况如表1所示。为保证桥梁运行安全，决定在全面了解病害原因的基础上，采取切实可行的措施进行桥梁加固处理，希望以此提高桥梁的承载力，确保桥梁施工质量，延长工程使用寿命。2 桥梁病害原因分析通过现场调查发现，本桥梁最大问题在于裂缝，其中大量斜裂缝和竖向裂缝存于桥腹板位置，且箱梁内侧腹板裂缝明显多于外侧

4、，多在支点与跨中周围集中分布。底板裂缝多为横向裂缝，集中在跨中周围分布。而箱梁顶板裂缝主要为纵向裂缝，集中在合龙段附近分布。根据桥梁运营实际情况，结合裂缝分布位置，可将裂缝产生原因归结为以下几点，具体如下：2.1 桥梁竖向预应力损失过大据大量研究发现，竖向预应力损失的主要原因在于竖向预应力筋长度短，钢筋回缩引起预应力损失。或钢筋回缩和锚具安装不正确，或螺母未拧紧等，上述因素均会影响竖向有效预应力。根据桥梁实际情况，主要选择32mm高强精轧螺纹粗钢筋进行竖向预应力施加，其有效预应力远没有设计值高，因此会引发腹板斜裂缝。2.2 桥梁纵向预应力损失过大本桥梁有大量横向裂缝存于跨中底板部位，究其原因在

5、于桥梁纵向预应力存在较大损失，且跨中截面下缘的压应力储备不够，在通车运行过程中，将有很大拉应力出现于底板下缘处，此时混凝土拉应变将远大于限定值，逐步产生开裂现象，并进一步发展。2.3 桥梁病害相互耦合作用加剧病害发展随着桥梁裂缝的进一步发展，加剧了主梁跨中下挠问题，此外，基于主梁下挠情况，同样又作用于梁体，促使梁体开裂，在桥梁病害的相互耦合作用下，主梁跨中挠度持续加大，病害愈发严重。2.4 桥梁运营管理不合理，超载重载现象严重据桥梁运营管理现状可知，本桥梁段存在严重的超载重载问题，相比设计汽车荷载，运营荷载过大，从而严重损坏桥梁，甚至出现局部截面应力超限问题，这也是导致桥梁开裂的主要因素。3

6、桥梁加固方案选择目前，常见的桥梁加固方法包括增大截面加固法，粘贴钢板加固法、体外预应力加固法等，各个加固法的具体情况如下：3.1 增大截面加固法在钢筋混凝土与预应力混凝土受弯构件、钢筋混凝土受压构件等方面可采用增大截面加固法。通过构件截面增大的方式可以进一步提升桥梁结构的刚度，在荷载作用下，能够有效改进结构受力状态。加厚桥面板、锚喷混凝土等均属于增大截面加固法。3.2 粘贴钢板加固法在钢筋混凝土受弯、受剪、受拉等构件中可采用粘贴钢板加固法。其加固原理是指在被加固构件表面粘贴钢板，钢板和混凝土可构建成一个整体，同时受力，并能约束混凝土变形，提升桥梁结构刚度和抗裂能力。此外，应力集中问题不易出现在

7、混凝土内。相比其他加固方法，粘贴钢板加固方法施工简单，且能确保桥梁净空高度。在此方法存在一定局限性，对温度较为敏感。一旦温度超过60，将会大幅降低材料强度，同时，此方法属于被动加固法，对结构加固前的应力状态无法做出任何改变。3.3 体外预应力加固法作为一种主动加固法，体外预应力加固法是指对混凝土梁体增设体外素，以此达到提高结构刚度，改善受力状态的一种加固方法。体外索、锚固系统、转向块等为体外预应力加固方法的主要构成部件，多用于钢筋混凝土梁桥，或预应力混凝土梁桥。相比其他加固方法，此方法便于施工控制，不易损伤结构、施工工期短，具有良好的社会效益和经济效益。基于本桥梁病害实际情况，结合上述三种加固

8、方法特点分析，在恒载作用下，增大截面加固法和粘贴钢板加固法均无法改变原结构受力状况，为改善桥梁使用性能，最终决定采用主动加固方法的体外预应力加固技术，并辅助其他加固方法。4 体外预应力技术应用要点改善桥梁使用性能是体外预应力加固的目的，在加固施工中，设计控制截面选择桥梁病害多发截面，避免因体外预应力增设而出现局部截面压应力太大问题。为保证桥梁加固后能够正常通车运营，需先处理裂缝，针对0.15mm以内宽度的裂缝，则采用封闭处理;0.15mm以上宽度的裂缝，则采用灌浆处理。基于桥梁现场调查可知，大量纵向裂缝存于桥跨中合龙段和边跨合拢段周围箱梁顶板处，为保证加固施工后桥梁能够正常使用，可将碳纤维布粘

9、贴于顶板裂缝部位，进一步防止裂缝扩展。同时将钢板黏贴到腹板裂缝处。针对桥面铺装层厚度保持原厚度不变，避免铺装层厚度降低，出现箱梁竖向温度梯度变大现象，或影响箱梁顶板受力。根据桥梁实际情况，并结合体外预应力筋估算面积，决定采用4束环氧涂层钢绞线成品索加固梁体，成品索的特点为便于调节张拉力、易于更换索体等，并具有良好的防腐性能。按照全跨通长安设体外索，以折线型为线形类型，通过对称张拉方法进行体外预应力施加。由于裂缝集中存在于边跨合龙段和中跨跨中顶底板部位，为此，在距支点0.53l处安设边跨转向装置，并在距支点0.3l处安设中跨转向装置。采用竖向转向肋为转向装置，以整束式转向器为准，为达到防震限位效

10、果，可将橡胶圈垫在转向器和体外束之间，间隔10m距离，安设一个定位装置，防止索体自振频率接近整个梁体自振频率，由于共振作用将会危害结构安全。5 加固效果评价分析为验证体外预应力加固后桥梁承载能力情况，本文分析了加固后桥梁结构的抗裂性能，并验算了加固后结构混凝土的压应力，以此评价加固效果。本次验算分析以边跨3#节段截面为例，其截面验算值为0.20mpa，相比规范限值1.06mpa，可满足规范要求。由此可见，体外预应力加固施工后，可以有效提升桥梁结构截面的抗裂性能，加固后结构抗裂能力可达到规范要求。为避免增设体外预应力后，桥梁结构压应力过大，需验算主梁截面压应力，本文以边跨12#节段截面为例，表2

11、为加固后结构正截面混凝土抗压验算情况。由表2可知，相比混凝土压应力限值16.2mpa，加固后结构正截面混凝土抗压验算值均在限值以内，说明体外预应力加固施工后，可進一步改善桥梁整体受力情况，全面提升结构抗裂能力，具有良好的加固效果。6 结束语综上所述，随着社会经济的迅速发展，为满足日益增长的交通运输需求，我国公路总里程不断增长，公路交通运输网络基本完善。桥梁作为道路工程的重要组成部分，是连接两地的交通纽带。在行车荷载和自然因素长期作用下，很多桥梁工程都面临着承载能力不足等问题，为恢复桥梁工程使用性能，保证桥梁结构健康，必须采取一定措施加固处理，全面提升桥梁承载能力。本文提出了体外预应力加固技术，相比其他加固技术，该加固技术较为成熟，施工工期较短，且对结构外观无影响，具有良好的经济效益和社会效益。参考文献1田洪伟.体外预应力技术在混凝土桥梁中的应用j.建筑技术开发，2018，45（23）：81-82.2王师.体外预应力碳纤维板加固桥梁梁体横向裂缝j.黑龙江交通科技，2019，42（01）：143-144.3曹博成.桥梁体外预应力加固法的关键技术研究j.门窗，2016（