體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力加固法一、 體外預(yù)應(yīng)力加固法基本概念鋼筋混凝土梁式橋通常包括簡支梁（T型梁、少筋微彎板組合梁、兀形梁及板梁等）、懸臂梁和連續(xù)梁等。當(dāng)其存在結(jié)構(gòu)缺陷，尤其是承載力不足或需要提高荷載等級，即需要對橋梁主要受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時，可在梁體外部（梁底與梁兩側(cè)）設(shè)置鋼筋或鋼絲束，并施加預(yù)應(yīng)力，以改善橋梁的受力狀況，達(dá)到提高橋梁承載能力的目的。體外預(yù)應(yīng)力是針對體內(nèi)預(yù)應(yīng)力而言的，即把預(yù)應(yīng)力筋布置在主體結(jié)構(gòu)之外。當(dāng)體外預(yù)應(yīng)力索應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)時就被稱為體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)用于橋梁加固稱為體外預(yù)應(yīng)力加固。從力學(xué)特征上說，體外預(yù)應(yīng)力索與周圍結(jié)構(gòu)主體在同一截面上的變形是不協(xié)調(diào)的。體外預(yù)應(yīng)力索加固結(jié)構(gòu)的實質(zhì)，是以粗鋼筋、鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲等鋼材作為施力工具，對橋梁上部結(jié)構(gòu)施加體外預(yù)應(yīng)力，以預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩部分抵消外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，從而達(dá)到改善舊橋使用性能并提高其極限承載能力的目的。體外預(yù)應(yīng)力加固法具有加固、卸荷、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重效果，適用于中小跨徑的梁式橋；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(jìn)行綜合加固，以達(dá)到較好的加固效果。工程實踐表明，用體外預(yù)應(yīng)力索加固橋梁具有如下優(yōu)點：（1） 能夠較大幅度地提高舊橋承載能力。加固后所能達(dá)到的荷載等級與原橋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及安全儲備有關(guān)，一般情況下可將原橋承載力提高30%--40%。（2） 體外預(yù)應(yīng)力索加固技術(shù)所需設(shè)備簡單，人力投入少，施工工期短，經(jīng)濟(jì)效益明顯。（3） 在加固過程中，可以實現(xiàn)不中斷交通或短時限制交通。（4） 對原橋損傷較小，可以做到不影響橋下凈空，且不增加路面高程。常用的體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)包括體外預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法和下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿（粗鋼筋）加固法。（5） 體外預(yù)應(yīng)力加固法與梁底增焊（或粘貼）鋼筋（或鋼板）的加固方法相比，不需清鑿混凝土保護(hù)層，且損傷梁體程度小，加固時不影響或少影響交通，能恢復(fù)或提高橋梁的荷載等級，經(jīng)濟(jì)效果較明顯。但對于梁體外的預(yù)應(yīng)力筋和有關(guān)構(gòu)件，應(yīng)采取切實有效的防護(hù)措施，否則在溫度、腐蝕等外界條件作用下，容易造成預(yù)應(yīng)力筋斷裂，從而使加固工作失敗。二、 體外預(yù)應(yīng)力加固法原理常用的體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)包括體外預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法和下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿（粗鋼筋）加固法。（一）外部預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法采用外部預(yù)應(yīng)力鋼絲束（鋼絞線）加固梁式上部結(jié)構(gòu)，一般沿梁肋側(cè)面按某種曲線線形（常用的有拋物線形等）設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絲束，通過張拉預(yù)應(yīng)力筋實現(xiàn)體外預(yù)應(yīng)力。為保證曲線線形并固定鋼束位置，在梁底每隔一定間距離（50一—100cm）設(shè)置一個定位箍圈（由梁底向上兜），或者在梁肋側(cè)面埋設(shè)定位銷。鋼絲束的兩端頭則穿過梁端翼緣板上的斜孔伸至梁頂錨固（如圖1）。為了防止鋼絲束銹蝕，預(yù)應(yīng)力鋼絲束應(yīng)放在保護(hù)導(dǎo)管內(nèi)，或者待張拉后在鋼絲束周圍用混凝土包裹。采用預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固時，由于設(shè)置并張拉鋼絲束常增加梁端上緣的壓應(yīng)力，從而導(dǎo)致梁端上緣混凝土因抗壓強(qiáng)度不足而開裂。因此，有時應(yīng)采取同時適當(dāng)加厚橋面板的做法，以加強(qiáng)受壓翼緣。（二）下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿（粗鋼筋）加固法按加固對象不同，該方法分為預(yù)應(yīng)力拉桿加固及預(yù)應(yīng)力撐桿加固。其中預(yù)應(yīng)力拉桿加固法主要用于受彎構(gòu)件，而預(yù)應(yīng)力撐桿加固法適用于提高軸心受壓以及偏心受壓鋼筋混泥土柱的承載能力，例如排架樁式橋墩、橋臺以及拱橋的柱式腹拱墩等。1、預(yù)應(yīng)力拉桿加固根據(jù)加固目的及被加固結(jié)構(gòu)受力要求的不同，預(yù)應(yīng)力拉桿加固又分為水平式［或稱直線式，見圖2］、下?lián)问剑刍蚍Q折線式，見圖3］及混合式等拉桿布置方式。對于梁，水平式拉桿適用于正截面受彎承載能力不足的加固，同時可減小梁的撓度，縮小原結(jié)構(gòu)的裂縫寬度。下?lián)问嚼瓧U適用于斜截面受剪承載力及正截面受彎承載力均不足以及連續(xù)梁的加固，同時可減小梁的撓度，縮小原結(jié)構(gòu)的裂縫寬度?；旌鲜嚼瓧U一般用兩根水平拉桿、兩根下?lián)问嚼瓧U，適用于正截面受彎承載力嚴(yán)重不足而斜截面受剪承載力略微不足的加固，同時亦可減小受彎構(gòu)件的撓度，縮小原構(gòu)件的裂縫寬度。對于桁架，水平式拉桿主要用于下弦桿受拉承載力不足的加固;下?lián)问嚼瓧U適用于跨中下弦桿及端腹桿受拉承載力不足的加固;混合式拉桿適用于下弦桿承載力較端腹桿承載力更嚴(yán)重不足的加固。對于框架、剛架、連續(xù)梁等，主要采用與結(jié)構(gòu)彎矩圖相應(yīng)的連續(xù)折線式拉桿加固方案@2料粼正2、預(yù)應(yīng)力撐桿加固按被加固柱受力要求不同，預(yù)應(yīng)力撐桿加固又分為雙側(cè)撐桿加固及單側(cè)撐桿加固。雙側(cè)撐桿適用于軸心受壓即小偏心受壓柱加固，單側(cè)撐桿適用于受壓區(qū)配筋量不足或混凝土強(qiáng)度過低的彎矩不變號的大偏心受壓柱的加固。若對簡支梁采用下?lián)问嚼瓧U體外預(yù)應(yīng)力加固，即可視為改簡支梁為上承式桁架梁。桁架的上弦即為原結(jié)構(gòu)主梁，下弦是水平拉桿，腹桿時斜拉桿，把與滑塊接觸的墊塊視為豎桿，單墊塊為單柱式，雙墊塊為雙柱式。斜桿的上端錨固位置有兩種:一種錨于梁端的頂部;另一種錨于靠近端橫梁處的梁脅頂部，斜桿的下端與滑塊連接?；瑝K依賴?yán)瓧U收緊后產(chǎn)生的上托力和滑移時的摩擦力與上弦連接。對斜桿的張拉不是直接施加拉力，而是隨著水平拉桿張拉力增加，下端滑塊產(chǎn)生相應(yīng)的移動使它的長度增大。當(dāng)水平拉桿張拉力達(dá)到設(shè)計量后，將它的兩端錨固，加固工作即告完成。在斜桿頂端和梁底墊塊上作用力的水平分力共同對梁體施加偏心軸向壓力，上述作用力的豎向分力所形成的力偶對梁端施加負(fù)彎矩及豎向負(fù)剪力。這些預(yù)加力可以抵消或超過恒載作用力。在車輛通過時這些體外拉桿是上部結(jié)構(gòu)的組成部分并與原有梁體共同受力，形成超靜定體系。各拉桿的張拉力將自動增加，進(jìn)一步起到加強(qiáng)作用。三、體外預(yù)應(yīng)力加固法施工方法橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工中，由于各種加固體系的構(gòu)造形式不同，其施工方法也不盡相同，但其工藝流程是有共性的。根據(jù)國內(nèi)橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固的工程實踐歸納出橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工的工藝流程（圖4）如下。

囹4 橋梁體外預(yù)應(yīng)力辟施工的理糅1、 外部預(yù)應(yīng)力鋼絲束補(bǔ)強(qiáng)加固鉆孔。在梁端頂面先鑿出錨固槽，再沿梁肋兩側(cè)方向按設(shè)計斜度鉆孔。安裝錨固板。錨固板一般用厚15mm的鋼板制成，在鋼絲束位置上鉆出穿絲孔，用環(huán)氧砂漿將錨固板固定在錨固槽內(nèi)。安裝定位銷或定位箍圈。u形定位箍圈常用？12-^16鋼筋焊制，頂端設(shè)有穿鋼絲束用的套環(huán)。鋼絲束（鋼絞線）由一端錨固板穿入經(jīng)過各定位箍圈，再從另一端錨固板穿出并收緊后，用軋絲錨頭固定。張拉。在鋼絲束一端用張拉千斤頂或絞車張拉鋼絲束，待達(dá)到設(shè)計張拉值后即進(jìn)行錨固，再澆筑封頭混凝土。防護(hù)處理。鋼絲束涂上紅丹和防銹漆，外面再罩以砂漿或混凝土保護(hù)層，或者用套管封閉鋼絲束。2、 下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿（粗鋼筋）加固（1）水平（橫向收緊）預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿加固法對于鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土的T或工字梁橋，可采用在梁斷面的受拉面，即在梁底下加預(yù)應(yīng)力水平拉桿的嫁衣補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行加固，加固結(jié)構(gòu)（如圖5）。

圖5 水平的預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿加固法從圖5中可以看到，當(dāng)拉桿安裝并通過緊銷鋼栓實施橫向拉力后，鋼拉桿內(nèi)江產(chǎn)生較大縱向拉力，于是，梁受拉區(qū)就受到拉桿頂壓應(yīng)力的作用，梁中受拉應(yīng)力也就相應(yīng)減小。從加固原理上看，這種步槍加固法可提高梁構(gòu)件正截面抗彎承載能力，但不能提高支座附近斜截面抗剪承載能力。在水平預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿加固法中，作為拉桿的粗鋼筋分兩層布置在梁肋底面兩側(cè)，在靠近梁端適當(dāng)位置向上彎起，與固定在梁端的鋼制U形錨固板焊接。粗鋼筋彎起處用短柱支撐，縱向每隔一定間距設(shè)一道撐棍和鎖緊螺栓。通過收緊器將拉桿橫向收緊而使拉桿受拉，控制張拉力，梁體產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。水平（橫向收緊）預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿加固法具體施工工藝流程如下：

粘貼錨固鋼板。將梁端混凝土保護(hù)層鑿除，使主筋外露，清除碎渣、浮漿后用環(huán)氧砂漿粘貼U形錨固鋼板。焊接拉桿粗鋼筋。先將粗鋼筋的彎起段按設(shè)計角度焊在錨固板上，然后用夾桿焊將粗鋼筋的水平段與彎起段焊在一起。安裝張拉裝置。先放好彎起點墊塊撐棍，再安設(shè)中間撐棍及鎖緊螺栓，緊貼鎖緊螺栓處安放收緊器。預(yù)張拉。預(yù)張拉的目的在于檢查拉桿的焊接質(zhì)量。預(yù)張拉力按設(shè)計張拉力的0%--80%控制，預(yù)張拉力保持12h后卸除。張拉。旋緊收緊器，使兩側(cè)拉桿向中間收攏，按設(shè)計收緊量對稱地分次收緊。達(dá)到設(shè)計收緊量后再收緊1--2mm，然后擰緊鎖緊螺栓，并用雙螺帽鎖住，最后卸除收緊器。各段拉桿橫向收緊的距離，按根據(jù)設(shè)計預(yù)應(yīng)力值計算出的拉桿總變形值確定，并通過幾何關(guān)系計算出具體的數(shù)值。防護(hù)處理。拉桿粗鋼筋及U形錨固板均需涂以防護(hù)涂料以防銹蝕（2） 水平（縱向張拉）預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)加固法當(dāng)采用縱向張拉法補(bǔ)強(qiáng)加固時，拉桿鋼筋仍沿梁底布置，兩端向上彎起。它與橫向收緊張拉方法的不同之處在于，拉桿兩端彎起段通常由翼緣板上的斜孔伸全橋面，拉桿端部設(shè)有絲扣，用軋絲錨具錨固于梁頂?shù)腻^固槽內(nèi)?？v向張拉法對拉桿鋼筋施加預(yù)應(yīng)力，可以用旋緊螺帽、端部用張拉千斤頂張拉、拉桿中間設(shè)置法蘭螺絲收緊絲扣及電熱法張拉等手段完成?？v向張拉補(bǔ)強(qiáng)加固的施工工藝流程為：開錨固槽。鑿開梁端橋面鋪裝，在梁端頂部按設(shè)計斜度鑿出錨固槽鉆孔。在錨固槽內(nèi)沿梁腹板側(cè)壁方向按設(shè)計斜度鉆兩個平行的孔洞粘貼墊板。粘貼梁端錨固墊板和梁底的短柱支座墊板。安裝拉桿鋼筋。拉桿分水平段及彎起的錨固段兩部分，各拉桿的松緊度應(yīng)調(diào)整一致張拉。每片梁上的幾根拉桿應(yīng)保持均衡張拉。封錨。用防水砂漿或環(huán)氧砂漿填入錨固槽封錨防護(hù)處理。（3） 撐式預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿加固法將水平補(bǔ)強(qiáng)拉桿在接近支座處向上彎起，錨固于梁板支座的上部，彎起點處增設(shè)船里構(gòu)造，再施加預(yù)拉應(yīng)力。這種加固裝置即為下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿的加固方法。在橋下凈空許可的條件下，可采用如圖6所示的下?lián)问窖a(bǔ)強(qiáng)拉桿加固梁式鋼架混凝土梁的方法。配水平瀕向莉）頂應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)硼法

配水平瀕向莉）頂應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)硼法這種加固法的預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿用鋼材做成，拉桿彎起點設(shè)立柱，立柱用鋼筋混凝土或混凝土做成。立柱一般設(shè)在四分之一跨徑的地方，以使預(yù)應(yīng)力加固的斜拉桿與水平線的角度為30-50度。預(yù)應(yīng)力加固件的斜拉桿，裝在被加固的梁腹板左右兩側(cè)支座上方的梁端。在鋼筋混凝土梁上鑿開一個安裝墊座的位置，割去一部分梁的鋼筋箍和豎鋼箍，將用角鋼或槽鋼做成的支承墊座安防在鑿好的洞內(nèi)，并與斜拉桿撐垂直角。斜拉桿的一端插入支承墊座內(nèi)用螺帽扣緊，另一端在立柱下面用一對節(jié)點板和水平拉桿結(jié)合。裝好之后，用花籃螺絲把加勁的水平拉桿擰緊。為減少對橋下凈空的影響，預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿也可布置在主梁腹部的兩側(cè)（中性軸以下），如圖7圖/ J鬼義月@獨四成在下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿加固施工中，必須注意到由于橫向各片主梁的共同作用使各片主梁的受力相互影響這一特點，當(dāng)張拉后一片主梁時，前一片已張拉主梁的拉桿中的預(yù)應(yīng)力值將減小。因此，需要對各片主梁進(jìn)行反復(fù)補(bǔ)充張拉，以調(diào)整各主梁的預(yù)應(yīng)力度，使各片主梁均達(dá)到設(shè)計值。準(zhǔn)確地控制拉桿的預(yù)應(yīng)力值，是保證下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿補(bǔ)強(qiáng)加固效果的關(guān)鍵。預(yù)應(yīng)力值的控制方法有以下幾種：拉桿上貼應(yīng)變片，測量拉桿的應(yīng)變；直接由張拉千斤頂壓力表讀數(shù)；用測力扳手測定螺帽旋轉(zhuǎn)力，或控制螺帽轉(zhuǎn)數(shù)；測量構(gòu)件的上撓度。由于下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿布置較為合理