公路桥梁常用预应力加固技术及其特点

　　摘要：采用合理可行的加固措施,提高或恢复桥梁的通行能力和承载能力,延长其使用寿命。一般情况下,桥梁的加固费用仅为新建桥梁费用的10%~20%。本文探讨了公路桥梁常用预应力加固技术及其特点。
　　关键词：公路桥梁；预应力；加固技术；特点
　　随着我国经济的飞速发展,公路运输量大幅度提高,车辆载重和行车密度不断增加,作为公路交通的咽喉,桥梁使用功能的好坏直接影响公路交通的畅通,其正常营运是确保交通安全的关键。然而桥梁结构由于设计过程中的历史局限或是施工过程中的初始缺陷、各种意想不到的自然灾害、自然老化,造成现有桥梁中的相当一部分已经满足不了正常营运的要求。工程实践表明,可采用合理可行的加固措施,提高或恢复桥梁的通行能力和承载能力,延长其使用寿命。一般情况下,桥梁的加固费用仅为新建桥梁费用的10%~20%。因此,如何选择有效的施工技术加固现有桥梁,具有很大的经济效益。
　　一、公路桥梁体外预应力加固技术概述
　　桥梁是公路交通的咽喉，其使用功能的好坏直接影响整条线路的畅通，既有公路中由于受到当时局限的设计、材料、施工加固等各方面的影响，严重制约了公路运输事业的发展，加上不能适应现在交通量飞速增长，使得旧桥检测和旧桥加固技术显得非常迫切。随着我国国民经济的日益发展，交通运输量的迅速增长，我国危桥较多。若将其拆除重建，不仅要耗费大量资金，而且工期也较长；若有计划、有步骤的对现有旧桥进行加固改造，桥梁加固后，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满足交通量的需求，还可以缓和桥梁投资的集中性，为国家带来巨大的经济和社会效益。体外预应力技术是后张预应力体系的分支，是无粘结预应力结构技术的一种。它对置于混凝土截面之外的预应力筋进行张拉，通过体外的端部锚具和转向块将预应力传递给混凝土结构。由于体外预应力技术具有结构自重轻，预应力筋替换、维护方便，预应力损失和应力变化幅度小，施工工期短，混凝土质量高、耐久性强等优点，已被广泛地应用于混凝土桥梁结构的加固维修因此，加固设计必须本着“牢固可靠、简便耐用、经济适用“的基本原则。
　　二、常见的桥梁预应力加固方法
　　采用体外预应力对梁式桥上部结构进行补强加固，其作法是在梁体下缘受拉区设置用粗钢筋形成的预应力拉杆或预应力钢束，通过张拉对梁体产生偏心的预应力，在此偏心压力作用下梁体上拱，荷载挠度减小，改善了结构的受力，从而提高了结构承载力。
　　1、下撑式预应力拉杆（粗钢筋）加固法。当桥下净空许可时，可采用在梁下设置预应力拉杆（粗钢筋）体系进行补强，也可将粗钢筋锚固在从梁端数起的第二道横隔板上，改变支撑点的位置和调整拉杆中的拉力以满足承载力的要求。
　　横向收紧张拉法
　　作为拉杆的粗钢筋分两层布置在梁肋底面两侧，在靠近梁端适当位置上弯起，与固定在梁端的钢制U形锚固板焊接粗钢筋弯起处用短钢筋支撑，纵向每隔一定间距设一道撑棍和锁紧螺栓。通过收紧器将拉杆横向收缩收紧而使拉杆受力，从而在梁体中产生预压应力。
　　纵向张拉法
　　当采用纵向张拉法补强加固时，拉杆钢筋沿梁底部布置，两端向上弯起，它与横向收紧张拉法不同之处在于，拉杆两端弯起段通常都穿过翼缘板上的斜孔伸至桥面，拉杆端部设有丝扣，用轧丝锚锚固于梁顶的锚固槽内，对拉杆钢筋施加预应力可以用旋紧螺帽，端部用张拉千斤顶张拉，拉杆中间设置法兰螺丝收紧扣及电热张拉等手段完成。
　　组合式预应力补强拉杆加固法
　　这是既布置水平补强拉杆，也布置有下撑式补强拉杆的组合式体外预应力加固方法。
　　竖向顶撑张拉法
　　在梁端底部设置U形钢锚固板，沿梁底设置拉杆，拉杆两端焊在钢锚固板上，在梁的1/4跨径及跨中（或跨间横隔板）位置设置张紧夹具，张紧夹具安装在固定于梁腹或横隔板上的承托架上给拉杆施加预应力，当拉杆达到设计应力值后，用钢筋混凝土垫块在拉杆与梁底面加紧，以固定拉杆位置并保持张拉力，卸除张紧夹具和承托架并做好拉杆的防锈处理预应力
　　2、钢丝束加固法。一般沿梁肋侧面按某种曲线（抛物线等）线形设置预应力钢丝束为保持曲线线形并固定钢束位置，在梁底每隔一定间距（50-100cm）设置一个定位箍圈（有梁底向上兜），或者在梁肋侧面埋设定位销。钢丝束的两端头则穿过梁端翼缘板上的斜孔伸至梁顶锚固。为防止钢丝束锈蚀，预应力钢丝束应放在保护导管内或张拉后在钢丝束周围用混凝土包裹。桥梁体外预应力加固是对桥梁结构施加体外预应力，以预加力产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，它可以改善旧桥使用性能，提高极限承载能力。降低钢筋应力幅值及控制裂缝，能较好地满足使用荷载的要求，增加结构的使用年限和耐久性，加固效果好且施工质量易控制。
　　三、公路桥梁常用预应力加固技术的特点分析
　　在公路桥梁施工中，预应力加固法主要被用于包括连续体系梁、悬臂梁、简支梁桥等在内的梁式桥在其正常使用极限状态出现超限情况下的的结构加固。而通过对于已建路桥来进行预应力加固，不但可以达到降低或者消除裂缝的目的，还有助于减小梁体的挠度，并且使结构各个截面的应力状态都可以得到有效改善。另外，采用预应力技术来对公路路桥结构进行加固时还有很多的优点:第一，在施工过程中，可以不使交通中断或者是仅仅需要在短时间内进行交通限制，所以对于路桥桥上的交通影响非常小;第二，其所需要的人员设备较少，且布置简单并可以调整，经济效益良好，施工周期也较短;第三，有利于维护修补，而且能够随时对预应力筋进行更换;第四，因为此方法所增加的恒荷载不多，所以可以通过对原结构当中的应力情况进行能动地调节，来达到有效加固路桥结构的目的;第五，预应力加固法还可以做到不影响其桥下净室，而且无需抬高路桥表面的标高，对路桥的损伤也非常小;第六，其还可以较大幅度地对已建路桥的结构刚度和承载能力进行有效的提高，并且能够对原结构的挠度和裂缝进行有效的控制，从而使裂缝能够得到部分甚至全部的闭合，并使挠度得到大幅度降低第七，预应力技术不仅能够被用在加固中小跨度、简支结构体系的路桥结构当中，还可以被用在加固大中跨度连续体系的路桥结构。
　　四、工程实例
　　某公路桥梁全长120m,桥面宽度8m,修建于20世纪80年代初,由于养护不当与超载使用。现阶段下缘混凝土破损,部分混凝土脱落,已出现纵向主钢筋已严重锈蚀。随着交通量的
　　增长,桥面已出现下沉,偏差原来桥而设计标高。为了保证不长期中断交通,研究决定采用体外预应力技术加固桥梁。采用体外预应力加固技术,可以通过预应力水平钢丝束对被补强梁施加水平预应力,改变受弯梁构件内力图式,在支座处产生附加弯矩,抵消了部分恒载弯矩,减少梁的跨中弯矩,提高了被补强梁的正截面抗弯强度、抗裂性和刚度。预应力张拉完成后,喷射混凝土增加梁截面厚度来提高梁支座附近斜截面的抗剪强度,并可包裹预应力钢丝束,防止钢丝束锈蚀。预应力材料:预应力钢丝采用高强度低松弛钢束,由16Ф5钢丝组成;
　　锚具:弗氏锚;
　　锚下垫板:采用3号钢,板厚30mm,平面尺寸200mm×740mm;
　　喷射混凝土:C30混凝土。
　　五、加固效果
　　该大桥采用先以体外预应力加固T梁,后用锚喷混凝上使预应力钢束与梁体粘合的加固方法,不仅使梁的抗弯、抗剪强度及刚度增大,且能有效地防止预应力钢束过早锈蚀,减少了今后养护费用。该方法通过施加预应力,主梁将会产生上拱,这将会抵消旧桥过大的向下弯曲变形,并可使梁底面裂缝减小或闭合。喷射混凝包裹着预应力钢筋,既发挥了预应力的作用,又发挥喷锚混凝土优越性,也解决了体外预应力钢材养护难题,经济效益十分显著。
　　参考文献：
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　　[2]王雷,王晓民.体外预应力加固技术在桥梁建设中的应用[J].民营科技,2010,(02).
　　[3]李华威,苏云超.体外预应力技术在桥梁加固工程中的应用[J].科协论坛(下半月),2010,(03).

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