橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)綜述

1、橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)綜述體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是后張預(yù)應(yīng)力體系的分支，是無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù)的一種。它對(duì)置于混凝土截面之外的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉，通過(guò)體外筋端部錨具和轉(zhuǎn)向塊將預(yù)應(yīng)力傳遞給混凝土結(jié)構(gòu)。由于體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有結(jié)構(gòu)自重輕，預(yù)應(yīng)力筋替換、維護(hù)方便，預(yù)應(yīng)力損失和應(yīng)力變化幅度小，施工工期短，混凝土質(zhì)量高、耐久性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的加固維修。1體外預(yù)應(yīng)力的概念與體系體外預(yù)應(yīng)力是指對(duì)布置于承載橋梁結(jié)構(gòu)本體之外的鋼束張拉而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。設(shè)計(jì)時(shí)僅把鋼束錨固區(qū)域設(shè)置在橋梁結(jié)構(gòu)本體內(nèi)，轉(zhuǎn)向塊可設(shè)在橋梁結(jié)構(gòu)體內(nèi)或體外。體外預(yù)應(yīng)力體系由體外預(yù)應(yīng)力管道（高密度聚乙烯管HDPE或鋼管等）、漿體（防腐

2、油脂或水泥漿體）、錨固體系和轉(zhuǎn)向塊等部件組成。體外預(yù)應(yīng)力體系分為有粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系和無(wú)粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力體系。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系是將鋼鍍線穿入孔道內(nèi)張拉后，向孔道管內(nèi)灌入水泥漿。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系的體外預(yù)應(yīng)力筋由若干單根無(wú)粘結(jié)筋組成，將單根無(wú)粘結(jié)筋平行穿入管內(nèi)，張拉之前，先完成灌漿工藝，由水泥漿體將單根無(wú)粘結(jié)筋定位，張拉后不灌入水泥漿。2體外預(yù)應(yīng)力加固的組成構(gòu)造特點(diǎn)及作用機(jī)理2.1組成構(gòu)造特點(diǎn)橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固體系的形式是多種多樣的。從構(gòu)造形式上看，該體系主要由以下幾部分組成：水平筋、斜筋、上錨固點(diǎn)、滑塊、U形承托、水平筋固定支座。（1）體外預(yù)應(yīng)力索、管道和灌漿材料體外預(yù)應(yīng)力體系采用的預(yù)應(yīng)力索一般由

3、鋼鍍線組成，包括與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)完全相同的普通鋼鍍線以及鍍鋅鋼鍍線或外表涂層和外包PE防護(hù)的單根無(wú)粘結(jié)鋼鍍線。體外預(yù)應(yīng)力索管道主要起防腐作用，它通常有兩種形式：一是全部采用鋼管道，二是鋼管與高密度聚乙烯管道相結(jié)合的方式，即除在錨固段及轉(zhuǎn)向彎曲段采用鋼管外在其它直線段均采用高密度聚乙烯管道。體外預(yù)應(yīng)力索管道的灌漿材料可分為剛性灌漿材料和非剛性灌漿材料。剛性灌漿材料通常指水泥非剛性灌漿材料（如油脂和石蠟）。水泥灌漿是最簡(jiǎn)單和常用的，它可以適用于與結(jié)構(gòu)有離散粘結(jié)的體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，也適用于與結(jié)構(gòu)完全無(wú)粘結(jié)的體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。而油脂和石蠟通常用在由普通鋼鍍線和鋼管道組成的預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)中，以達(dá)到鋼索與結(jié)

4、構(gòu)無(wú)粘結(jié)的目的。（2）體外預(yù)應(yīng)力索的錨固系統(tǒng)體外預(yù)應(yīng)力索的錨固體系一般可分為可更換和不可更換兩大類。在可更換的體外預(yù)應(yīng)力錨具中又包括鋼索無(wú)法放松和可放松兩種類型。使用無(wú)法放松的鋼索可以是普通的鋼鍍線也可以是單根無(wú)粘結(jié)鋼鍍線。使用普通鋼鍍線時(shí)在管道中灌注非剛性灌漿材料（油脂或石蠟）：使用無(wú)粘結(jié)鋼鍍線時(shí)管道中一般灌注水泥漿。但兩種類型的錨具中均使用防腐材料填密而不使用水泥漿以滿足鋼索可更換的要求?？煞潘傻念愋驮阱^具后需預(yù)留一定長(zhǎng)度的鋼索以滿足鋼索放松的需要，這種錨具的體外預(yù)應(yīng)力索只能是無(wú)粘結(jié)鋼索。（3）體外預(yù)應(yīng)力索的轉(zhuǎn)向裝置體外預(yù)應(yīng)力索的轉(zhuǎn)向裝置是體外預(yù)應(yīng)力索在跨內(nèi)唯一與混凝土體有聯(lián)系的構(gòu)件，起體

5、外預(yù)應(yīng)力索轉(zhuǎn)向的重要作用。圖1圖4是體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)向裝置。圖1為塊狀式轉(zhuǎn)向構(gòu)造，只能承受鋼索的豎向分力，大量應(yīng)用于跨徑較小、采用階段施工的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。圖2為底橫肋式轉(zhuǎn)向構(gòu)造，能承受體外預(yù)應(yīng)力索產(chǎn)生的橫向水平分力。轉(zhuǎn)向構(gòu)造的混凝土在箱梁底板上是貫通的，這種構(gòu)造常用于斜、彎的體外預(yù)應(yīng)力*筑強(qiáng)料下簟就宏康龍網(wǎng)結(jié)構(gòu)。圖3為能承受較大鋼索分力的橫豎肋式轉(zhuǎn)向構(gòu)造，豎橫肋把鋼索的轉(zhuǎn)向力傳至箱梁腹板和上梗腋。由于箱梁采用斜腹板，橫肋在底板用另一根橫梁貫通以承受轉(zhuǎn)向構(gòu)造產(chǎn)生的水平分力。若豎向和橫向的橫肋全部加寬，這樣的轉(zhuǎn)向構(gòu)造就成為轉(zhuǎn)向橫梁，常用于鋼索轉(zhuǎn)向力特別大的結(jié)構(gòu)中。圖4為由較

6、輕的鋼構(gòu)件組成轉(zhuǎn)向鞍座的鋼鞍座式轉(zhuǎn)向構(gòu)造，鋼板用于傳力和定位，斜桿和水平桿的合力用于抵消體外鋼索在轉(zhuǎn)向時(shí)產(chǎn)生的豎直及水平分力。這種輕型鋼鞍座轉(zhuǎn)向構(gòu)造使用靈活、方便也可用于加固結(jié)構(gòu)中。由于轉(zhuǎn)向鋼管要承受鋼索所產(chǎn)生的向上彎折力，一般需要壁厚較大的鋼管。圖3橫豎肋式轉(zhuǎn)向構(gòu)造圖4鋼鞍座式轉(zhuǎn)向構(gòu)造2.2作用機(jī)理根據(jù)受力特點(diǎn)，可將體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)分為施加預(yù)應(yīng)力階段和活載作用兩個(gè)階段進(jìn)行受力分析。(1)施加預(yù)應(yīng)力階段現(xiàn)以斜筋和水平筋由兩塊粗鋼筋組成的情況為例來(lái)分析體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在施加預(yù)應(yīng)力階段的受力情況。在這種情況下，應(yīng)先將斜筋和滑塊相連接，并固定斜筋的上端。在張拉水平拉桿時(shí)，由于千斤頂?shù)耐屏ψ饔檬沽旱變苫瑝K

7、產(chǎn)生相向滑動(dòng)，這種相向滑動(dòng)使得斜筋受拉并伸長(zhǎng)，同時(shí)在滑塊和墊板之間產(chǎn)生豎向壓力和摩阻力，直到水平筋的拉力達(dá)到控制值。此時(shí)滑塊達(dá)到平衡位置，隨即將水平筋錨固(圖5)。斜筋產(chǎn)生的水平分力對(duì)梁施加偏心壓力，其豎向分力則對(duì)梁體產(chǎn)生負(fù)彎矩和負(fù)剪力。這些預(yù)加力使梁體內(nèi)儲(chǔ)備了一部分抗力，可以部分地抵消外荷載引起的內(nèi)力，從而提高原梁的承載力。圖5施加預(yù)應(yīng)力階段梁體受力分析(2)活載作用階段活載作用時(shí)，梁體產(chǎn)生彎曲變形，水平筋中的拉力增加，并使斜筋中的拉力、墊塊對(duì)梁體的正壓力及摩阻力均發(fā)生變化。由于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式不同，特別是滑塊的構(gòu)造不同，直接影響各拉桿內(nèi)力增量間的平衡關(guān)系。如按有水平移動(dòng)的滑塊或無(wú)滑

8、塊情況考慮，取滑塊為隔離體(對(duì)無(wú)滑塊情況，相當(dāng)于取彎折點(diǎn)處的一小段鋼索為隔離體)，受力圖示如圖6所示。NN(a)(b)I圖6水平移動(dòng)的滑坡受力分析圖中：xP為水平筋中的拉力增量；x'為斜筋中的拉力增量；TX為滑塊與梁底墊塊間的摩阻力，Tx=%N；Dx為斜筋力的豎向分力，Dx=Xsins；Nx為斜筋力的水平分力，Nx=xcosa;N為梁底對(duì)滑塊的正壓力，N=Dx。3常見(jiàn)的體外預(yù)應(yīng)力加固方法及施工工藝采用體外預(yù)應(yīng)力對(duì)梁式橋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，其作法是在梁體下緣受拉區(qū)設(shè)置用粗鋼筋形成的預(yù)應(yīng)力拉桿或預(yù)應(yīng)力鋼束，通過(guò)張拉對(duì)梁體產(chǎn)生偏心的預(yù)應(yīng)力，在此偏心壓力作用下梁體上拱，荷載撓度減小，改善了結(jié)

9、構(gòu)的受力，從而提高了結(jié)構(gòu)承載力。3.1 下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿(粗鋼筋)加固法當(dāng)橋下凈空許可時(shí)，可采用在梁下設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉桿(粗鋼筋)體系進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，也可將粗鋼筋錨固在從梁端數(shù)起的第二道橫隔板上，改變支撐點(diǎn)的位置和調(diào)整拉桿中的拉力以滿足承載力的要求。(1)橫向收緊張拉法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。粗鋼筋彎起處用短鋼筋支撐，縱向每隔一定間距設(shè)一道撐棍和鎖緊螺栓。通過(guò)收緊器將拉桿橫向收縮收緊而使拉桿受力，從而在梁體中產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。(2)縱向張拉法當(dāng)采用縱向張拉法補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)，拉桿鋼筋沿梁底部布置，兩端向上彎起，它與橫向收緊張拉法不同之處

10、在于，拉桿兩端彎起段通常都穿過(guò)翼緣板上的斜孔伸至橋面，拉桿端部設(shè)有絲扣，用軋絲錨錨固于梁頂?shù)腻^固槽內(nèi)，對(duì)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)置法蘭螺絲收緊扣及電熱張拉等手段完成。(3)組合式預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)拉桿加固法這是既布置水平補(bǔ)強(qiáng)拉桿，也布置有下?lián)问窖a(bǔ)強(qiáng)拉桿的組合式體外預(yù)應(yīng)力加固方法。(4)豎向頂撐張拉法在梁端底部設(shè)置U形鋼錨固板，沿梁底設(shè)置拉桿，拉桿兩端焊在鋼錨固板上，在梁的1/4跨徑及跨中(或跨間橫隔板)位置設(shè)置張緊夾具，張緊夾具安裝在固定于梁腹或橫隔板上的承托架上給拉桿施加預(yù)應(yīng)力，當(dāng)拉桿達(dá)到設(shè)計(jì)應(yīng)力值后，用鋼筋混凝土墊塊在拉桿與梁底面楔緊，以固定拉桿位置并保持張拉力，卸除張緊夾具和承托架并做好拉桿的防銹處理。3.2 體外預(yù)應(yīng)力鋼絲束加固法一般沿梁肋側(cè)面按某種曲線（拋物線等）線形設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絲束。為保持曲線線形并固定鋼束位置，在梁底每隔一定間距（50100cm）設(shè)置一個(gè)定位箍圈（有梁底向上兜），或者在梁肋側(cè)面埋設(shè)定位銷。鋼絲束的兩端頭則穿過(guò)梁端翼緣板上的斜孔伸至梁頂錨固。為防止鋼絲束銹蝕，預(yù)應(yīng)力鋼絲束應(yīng)放在保護(hù)導(dǎo)管