淺議預應力加固技術在公路橋梁施工中的應用

【摘要】預應力加固即在加固過程中建立永久的，與外部荷載作用相反的內力以及內應力，以達到消除結構或構件的小部分的外力，改善預應力在不同條件下的變形性能，提高公路、橋梁的堅固強度，從而提高承載力，確保結構安全地工作，達到加固的主要目的。

【關鍵詞】預應力加固技術；公路橋梁施工；應用

引言：隨著經濟的發展，各類重型車輛數目爆發式的增長，加重公路橋梁的負擔。一部分舊橋在設計之初就缺少長遠的計劃，甚至部分老化、破損嚴重。對已經不能適應現代交通運輸要求的舊橋，研究相關的維修與加固方法并要求進行施工，提高橋梁的承載力，確保交通安全運輸。預應力加固即在加固過程中建立永久的，與外部荷載作用相反的內力以及內應力，以達到消除結構或構件的小部分的外力，改善預應力在不同條件下的變形性能，提高公路橋梁的強度，從而提高承載力，確保結構安全地工作，達到加固的主要目的。

1.公路橋梁橋梁加固的原則

由于我國還處于發展中國家，基礎設施的建設還不完善。國家的發展還需要大量的資金。如何在有限的資金范圍內實現橋梁維修加固就有非常現實的意義。

現在對橋梁實行維修加固一般采用的原則是： 在維修加固前，先對橋梁的劣化程度與受損情況進行檢測并詳細記錄數據，出具橋梁缺陷檢測報告。依據實際報告對橋梁進行安全性能評估，確定橋梁實際的運輸能力，判斷損傷情況是否影響橋梁的承載力和耐久性。在加固時考慮原材料的耗費，施工的進度，是否會影響交通運輸，能否提供橋梁的承載力和耐久性等方面； 通過加大橋梁構件來提高整座橋梁承載能力，一般不改動橋梁結構的原有形式。確保橋梁加固的前提下兼顧施工的經濟性。在選擇橋梁加固方式時，要結合舊橋的現狀，橋梁是否出現承載能力減弱，以及日后通過該橋的交通量，可以參考已經成功完成加固橋梁的施工方案； 如果采取擴大和增加橋梁的構件斷面來進行加固，必須考慮增加部分和橋梁本身的結合效果。

2.體外預應力加固常用方法

2.1橫向收緊張拉法

鋼筋混凝土或預應力混凝土梁的兩端間隙很小時，為了避免在梁的端部張拉，一般采用橫向收緊張拉法。此法是在梁的下緣對稱梁中線安裝預應力筋，在距梁端適當距離處彎起并通過支點錨于梁端的錨固鋼板上，錨固鋼板呈U形套在梁端的下翼緣上。水平段的預應力筋用撐棍分成若干段，兩端的撐棍還起到支點的作用。在每段中點用拉緊螺栓將兩對稱筋收緊，收緊的過程中拉桿即產生預應力，結果梁受到錨固鋼板傳來的預壓力和預應力筋產生的負彎矩由于體外索多為水平的直線形，在梁的兩端向上彎曲不多，因而這種加固方法只能有效的減小梁中的正彎矩，而對減小梁端的剪力幫助不大。

2.2縱向張拉法

縱向張拉法是沿預應力筋的軸線施加預應力的方法。預應力筋沿梁底布置，到梁的兩端設導向塊處彎起，錨固于梁的腹板或頂板上，再沿梁底或梁頂進行縱向張拉，以減小梁端的剪力。縱向張拉錨固構造主要有兩種，梁頂錨固和腹板錨固。體外預應力筋張拉方法與其構造形式有關，張拉位置可以在梁頂沿斜筋方向張拉，亦可在梁底沿水平方向張拉。其張拉程序與預制混凝土梁的相同。

2.3豎向頂撐張拉法

在梁端底部設置U形鋼錨固板，沿梁底設置拉桿，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應力，當拉桿達到設計應力值后，用鋼筋混凝土墊塊在拉桿與梁底面加緊，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。預應力鋼絲束加固法。一般沿梁肋側面按某種曲線（拋物線等）線形設置預應力鋼絲束。為保持曲線線形并固定鋼束位置，在梁底每隔一定間距（50～100cm）設置一個定位箍圈（有梁底向上兜），或者在梁肋側面埋設定位銷。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。為防止鋼絲束銹蝕，預應力鋼絲束應放在保護導管內或張拉后在鋼絲束周圍用混凝土包裹。

3.高強復合纖維預應力加固體系

目前，工程上應用的高強復合纖維主要有芳倫纖維及碳纖維（FRP），由于碳纖維材料在橋梁加固中的應用廣泛，技術成熟，故本文主要介紹碳纖維預應力加固。

3.1問題提出

工程上采用較多的是在結構受拉區或抗剪薄弱區域，直接粘貼纖維的加固方法。就實際工程中大量遇到的承載力加固而言，采用在受拉區直接粘貼碳纖維布的被動加固方法，后加補強材料是不能充分發揮作用的。按照分階段受力特點，直接粘貼的后加補強材料只承擔活載內力；與原梁鋼筋相比，其應變嚴重“滯后”。極限狀態下，其強度的發揮程度受原梁變形的限制，一般情況下達不到其抗拉強度設計值。

3.2作用原理

為了提高碳纖維材料的利用效率及增強舊橋加固效果，對碳纖維材料施加預應力是一種有效的辦法。碳纖維預應力加固的作用原理為，利用錨固粘貼于被加固梁體上的碳纖維布條（或板條）對梁體施加預應力，改善加固梁的受力狀態，其關鍵技術是解決適應于橋梁現場施工的預應力纖維布（或板）的張拉、錨固問題。目前，這種加固體系尚處于試驗研究階段。

3.3技術特點

①高強高效。由于FRP優異的物理力學性能，在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結構構件的承載力和延性，改善其受力性能，達到高效加固修補的目的。

②線膨脹系數與混凝土接近，保證了溫度變化時，FRP與混凝土可以協同工作。

③施工便捷、工效高、沒有濕作業，不需大型施工機具，施工占地少，施工效率高。據有關資料統計，粘貼FRP是粘貼鋼板施工工效的4～8倍。FRP輕質柔軟，易貼附，與粘貼鋼板相比其施工質量更易保證。

④不增加構件的自重和體積。FRP質量輕且厚度很薄，經加固修補后的構件，基本上不增加原結構的自重和尺寸，也就不會減少建筑物的使用空間。

⑤具有很好的耐腐蝕性和耐久性能。試驗表明：碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維具有良好的耐腐蝕性和耐久性，可以抵抗建筑物中經常遇到的酸、堿、鹽等對結構的腐蝕。使用此材料加固后，不僅不需要對其進行定期維護，而且其本身更可以對內部混凝土結構起到保護作用。

⑥適用面廣。可廣泛用于各種結構類型（如建筑物、構筑物、橋梁隧道、涵洞、煙囪等）、各種結構形狀（如矩形、圓形、曲面結構等）、各種結構部位（如梁、板、節點、拱、殼、墩等）的加固修補，且不改變結構形狀及不影響結構外觀，這是目前任何一種結構加固方法都不可比擬的。

4.有粘結性質的預應力加固體系

用錨固在所加固體上的一些預應力筋，對構體來施加部分預應力，再噴注相對較高的抗拉強度較大的砂漿，使得預應力筋跟被加固物體可以粘結為一體，構成具有粘結性質的預應力加固體系。與體外的預應力加固體系相比較，它的突出點有：

4.1可以最大限度地發揮出在后加補強材料上面的功能，從而提高材料的利用效率。

4.2高性能砂漿的保護層的功能就是保護好鋼筋，使之避免被銹蝕，從而提高使用的耐久性，延長使用壽命。

4.3在小錨具跟高性能復合形式的砂漿粘結的相互作業下錨固鋼筋，施工作業才能夠更加安全、可靠。

5.結束語

綜上所述，隨著科學工程技術的發展與機械的持續創新，預應力方面的技術也變得越加的成熟，除了對以前施工技術的改造外，還持續不斷地出現了一系列新穎的施工手段。施工的所需設備也變得愈加齊全愈加配套，生產的能力跟施工的精度變得愈加精準，施工的隊伍也將會變得更加機械化和專業化，質量更加系統化。