中国新技术新产品 2009 NO.13
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工 程 技 术

体外预应力技术在既有桥梁加固中的应用

罗邦岳 解林兴

（台州市黄岩远东建筑工程有限公司，浙江 台州 318020）

摘 要 ：
在桥梁存续期间内，由于车辆，特别是超重车辆行驶，以及外界各种因素作用和影响，导致桥梁结构产生病害、出现缺陷，严重影响到
桥梁正常使用。将有害桥梁全部重建的思想既不现实，也不科学。因此，有计划、有步骤的加强对现有桥梁的调查研究，分析破损原因，并采取
相应的技术措施，对现有旧桥进行加固、改造和维修，以使其满足新时期公路交通运输的需要，不失为多快好省地建设方法，对我国公路建设
具有重要的经济意义和社会效益。
关键词 ：
体外预应力；桥梁加固

1 体外预应力桥梁加固的机理 体脱开的，故没有发生弯曲，仍然是直的，自然其 定时，可加大拉杆截面或改用其它加固方案。
通过在梁体外布设钢材的拉杆或撑杆，并与被 应变及应力的增加远不及梁中原钢筋快。破坏 ⑥计算确定施工中控制张拉时需要的控制
加固的梁体锚固联结，然后施加预应力，强迫后加 时，预应力筋的应力可能达不到屈服强度。应力 量。
的拉杆或撑杆受力，从而改变原结构的内力分布， 可能在张拉控制应力和屈服强度之间。一般考 4 常用的体外预应力加固方法
并降低原结构应力水平，使结构总承载力显著提 虑，梁体破坏时，预应力拉杆的应力取为张拉控 采用体外预应力对梁式桥上部结构进行补
高。其可以减少结构的变形、裂缝宽度缩小甚至完 制应力。 强加固，其作法是在梁的下缘受拉区设置用粗钢
全闭合。这就是体外预应力加固梁式桥梁，并能提 如果在预应力筋张拉结束后，若将其用锚喷 筋形成的预应力拉杆或预应力钢束，通过张拉对
高其承载力的机理。 混凝土和梁体浇筑在一起，形成了整体梁，则由 梁体产生偏心的预应力，在此偏心压力作用下梁
体外预应力下撑式拉杆加固补强方法是最常 于预应力筋处处被粘结在原梁上，可与之共同变 体上拱，荷载挠度减小，改善了结构的受力，从而
用的一种它可视为简支梁为上承析架梁。析架的上 形。所以，当随着作用在加固梁上的外荷载增加， 提高承载能力。
弦即为原结构主梁，下弦是新增设的水平拉杆，腹 预应力筋和梁中原钢筋以及受压区混凝土的应 4.1 下撑式预应力拉杆(粗钢筋)加固法
杆是新增的斜拉杆，把与梁体接触的垫块视为竖 力都在原有的基础上增大。若预应力筋和原配筋 当桥下净空条件许可，可以采用在梁下设置
杆，单垫块为单柱式，双垫块为双柱式。斜杆的上端 总和在适筋范围内时，尽管预应力筋与原梁中钢 预应力拉杆(粗钢筋)体系进行补强。有时也可将
锚固位置有两种:一种锚于梁端的顶部;另一种锚固 筋不同时刻到达屈服点，但破环时，两者都可达 粗钢筋锚固在从梁端数起的第二道横隔板上。改
于靠近端横梁处的梁肋顶部。斜杆的下端与滑块联 到屈服，因而其正截面强度计算方法与一般预应 变支撑点的位置和调整拉杆中的拉力以满足承
连结，滑块依赖拉杆收紧后产生的上托力和滑移时 力混凝土梁相似。 载力的要求。
的摩擦力与上弦连结。对斜杆的张拉不是直接施 ③一般来说，需加固的梁中受拉钢筋的应力 横向收紧张拉法。作为拉杆的粗钢筋分两层
加，而是随着水平拉杆张拉力增加，下端滑块产生 已较高，梁的挠度也较大，裂缝也较宽，因而对加 布置在梁肋底面两侧，在靠近梁端适当位置上弯
相应的移动，使它的长度增大。当水平拉杆张拉力 固拉杆施加的预应力值越高，越能改善被加固梁 起，与固定在梁端的钢制 U 形锚固板焊接。粗钢
达到设计量后，将它的两端锚固，加固工作即完成。 的受力状态，故加固拉杆张拉控制应力宜定得高 筋弯起处用短钢筋支撑，纵向每隔一定间距设一
在斜杆顶端和梁底垫块上作用的水平分力共同对 些。但也不能定得太高，否则有可能在超拉过程 道撑棍和锁紧螺栓。通过收紧器将拉杆横向收紧
梁体施加偏心轴向压力。 中，个别钢筋达到或超过其实际屈服强度，以致 而使拉杆受力，从而在梁体产生预压应力。
2 体外预应力作为桥梁加固手段的特点 发生危险。 纵向张拉法。当采用纵向张拉法补强加固
体外预应力加固法和梁底增焊 (或粘贴) 钢筋 ④预应力加固与一般预应力混凝土梁一样， 时，拉杆钢筋仍沿梁底部布置，两端向上弯起，它
(或钢板)的加固方法相比，不需要清凿混凝土保护 也存在预应力损失，但两者是有区别的，加固设 与横向收紧张拉法不同之处在于: 拉杆两端弯起
层，并且损伤梁体程度比较小，加固时不影响或少 计时要充分考虑到。同时，必须考虑预留构造措 段通常都穿过翼缘板上的斜孔伸至桥面，拉杆端
影响交通。能够较大幅度的提高旧桥的承载能力， 施，以便在使用过程中及时调整加固件的工作应 部设有丝扣，用轧丝锚锚固于梁顶的锚固槽内。
能够恢复桥梁或提高桥梁的荷载等级，经济效果比 力数值。 竖向顶撑张拉法。采用竖向顶撑张拉法是在
较明显。但对于梁体外的预应力钢筋和有关构件， ⑤ 由于加固施工一般均在现场进行，又是高 梁端底部设置 U 形钢锚固板，沿梁底设置拉杆，
应采取切实有效的防护措施，否则在温度、腐蚀等 空作业，按控制应力值对拉杆张拉多为不便，且 拉杆两端焊在钢锚固板上，在梁的 1/4 跨径及跨
外界条件的作用下，容易造成预应力筋断裂，从而 不准确。故多采用拉杆的张拉伸长量来控制张拉 中(或跨间横隔板)位置设置张紧夹具，张紧夹具
使加固工作失败。 应力。所以，要求张拉伸长量计算要准确。 安装在固定于梁腹或横隔板上的承托架上给拉
3 体外预应力加固法设计与计算 3.2 体外预应力加固设计计算步骤与方法 杆施加预应力，当拉杆达到设计应力值后，用钢
采用体外预应力拉杆补强加固梁式桥梁，应事 ①计算求出被补强构件提高荷载等级前所 筋混凝土垫块在拉杆与梁底面间楔紧，以固定拉
先进行必要的设计与计算。由于加固后预应力拉杆 受荷载及其引起的内力，包括恒载和活载内力。 杆位置并保持张拉力，作后卸除张紧夹具和承托
与旧桥的钢筋混凝土梁或板等构件将组成一个整 方法与通常桥梁设计时内力计算相同。 架并做好拉杆的防锈处理。
体并共同受力工作。因此，补强拉杆与被补强的梁 ②计算提高荷载标准后的活载内力，并由恒 4.2 体外预应力钢丝束加固法
板组成了一个新的复合体系，这样就改变了结构原 载于活载的组合来验算加固的必要性。 采用体外预应力钢丝束加固梁式上部结构，
来的静力图形，并且提高了它的承载能力。 ③由上面两项之差得出内力的提高值 (即需 一般沿梁肋侧面按某种曲线(常用的有抛物线等)
3.1 体外预应力结构内力计算 补强加固的抵抗力矩及剪力等)，估算出补强拉杆 线形设置预应力钢丝束。为保持曲线线形并固定
①当采用预应力拉杆加固钢筋混凝土梁式桥 应有的横截面面积。 钢束位置，在梁底每隔一定间距(50-100cm)设置
时，加固结构的性能和受力特征，与后张法无粘结 ④计算和确定拉杆所必需的张拉力与伸长 一个定位箍圈(有梁底向上兜)，或者在梁肋侧面
部分预应力结构相似。张拉预应力如同外力一样作 量。由于张拉预应力拉杆达到一定应力后，外荷 埋设定位销。钢丝束的两端头则穿过梁端翼缘板
用在原梁上，原梁仍承受着恒载内力;张拉预应力筋 载有所增大，在由拉杆和被加固桥梁组成的超静 上的斜孔伸至梁顶锚固。为了防止钢丝束的锈
在原梁上产生的预应力内力，基本上与恒载内力相 定结构体系中，拉杆产生的作用效应增量，可按 蚀，预应力钢丝束应放在保护导管内，或者张拉
反，所以，体外预应力实际起到卸荷作用。 结构力学的方法进行分析，几种荷载的综合效应 后在钢丝束周围用混凝土包裹。
②体外预应力筋张拉结束后，和原梁体的联结 等于各种荷载分别作用时的效应迭加。 参考文献
方式与程度对设计和计算梁体的承载力是很重要 ⑤承载力验算。按设计规范验算被加固梁在 [1]堪润水、胡钊芳.公路旧桥加固技术与实例[M].
的。如果预应力筋仅仅在锚固点与原梁相接触，其 跨中和支座截面的偏心受压承载力，以及支座至 北京:人民交通出版社，2001.
余均裸露在梁外工作，当梁随外载的作用增加而发 拉杆弯折处或支座附近的斜截面承载力。验算中 [2]刘来君、赵小星.桥梁加固设计施工技术[M].北
生挠曲时，梁中原有钢筋亦随着原梁曲率的增加而 将拉杆的作用效应作为外力，并与全部荷载作用 京:人民交通出版社，2004.
伸长。但由于预应力筋载体外，它中间部位是与梁 下作偏心受压分析。若验算结果不能满足规范规