分析新型預應力體系加固橋梁理論

李艷琴

【摘要】隨著經濟的發展，各類重型車輛數目爆發式的增長，加重了橋梁的負擔，因此必須充分利用預應力技術對橋梁進行加固。對具有受拉邊為大平面結構的橋梁，如中、小跨徑的板式橋、小箱梁及大箱梁橋的頂底板等，采用通常的預應力方法加固時，由于布筋不便，難以實現。因此，尋找一種合適的加固方案是我們面臨的新問題。本文結合已有的橋梁加固理論介紹了一種新型的預應力體系加固理論，并論述了預應力體系加固理論研究趨勢

【關鍵詞】預應力體系；橋梁結構

一.預應力體系加固研究分析

預應力加固從根本上解決了后加補強材料應變（應力）滯后問題，可以充分發揮后加補強材料的高抗拉性能，提高后加補強材料的利用效率；由于預加力的作用改善了原梁的應力狀態，可以提高原梁的承載力和抗裂性能。正截面抗彎加固要加預應力，斜截面抗剪加固也要加預應力。預應力技術是20世紀最具革命性的結構構思，已廣泛用于土木和建筑工程。針對橋梁帶載加固后加補強材料應變（應力）滯后的先天不足，預應力加固技術在橋梁加固中的應用具有更為特殊的意義。

目前國內對該預應力體系加固板橋有過一些工程實踐，但未公開重要的技術參數及工藝，作為覆蓋層的高強度復合樹脂砂漿只能工廠生產，還未能現場配置，且價格較高，難于推廣應用。加上國內的板式板比較復雜，有現澆的、有預制的、有鋼筋混凝土的、有預應力混凝土的、有實心的、有空心的，且空心的形式五花八門，對預應力的施加傳力及錨固都會產生重大的影響，因此有必要研究各種情況下該體系的設計方法及實施工藝，以滿足現實生產的廣泛的需要。

國外對采取預應力加固板式橋、小箱梁及大箱梁橋的頂底板等大平面結構的研究起步早些，但采用先張拉后覆蓋的方法，采用的覆蓋層為高強度復合樹脂砂漿，價格較高，在國內根本不能普及應用。經近幾年對發達國家的橋梁加固技術水平有相應的研究和了解，目前發達國家對鋼結構橋梁加固技術研究較多，因發達國家的橋梁大多為鋼橋，我國的橋梁大多為混凝土橋梁，國內外對混凝土橋梁的加固技術研究水平狀況與國內差不多，都存在類似問題，只是程度不同而已。

二、橋梁結構預應力加固體系及受力分析

加固薄弱構件的方法很多，從工作原理上可劃分為被動加固和主動加固兩大類：直接加筋類被動加固和預應力主動加固。承載力加固是確保結構安全工作的基礎，設計時必須考慮橋梁帶載加固分階段受力特點，后加補強材料應變（應力）滯后是影響加固構件工作性能、制約后加補強材料利用效率和控制加固工程成本的瓶頸。預應力主動加固技術是承載力加固的首選方案。其優點如下：

1、由于自重增加小，減小了對墩臺及基礎受力狀況的影響，可節省對墩臺及基礎的加固量；

2、施加體外預應力加固可以改善橋梁恒載的內力分配，增加全橋剛度，閉合裂縫，并調整變形；

3、還可以較好的提高梁體的抗彎截面模量，減小梁體繞度，減小受拉區梁體裂縫，從而調整原結構的受力狀況，提高剛度及抗裂性；

4、可在不限制通行的條件下進行加固施工，既可作為橋梁通過重車的臨時加固手段，也可作為永久提高承載能力的措施。現有的橋梁結構預應力加固體系主要有以下4類：（1）體外預應力加固體系；（2）無粘結預應力加固體系；（3）高強復合纖維預應力加固體系；（4）有粘結預應力加固體系。

三、新型的橋梁結構預應力體系加固原理

此種預應力加固受彎構件時的應力計算分為二個階段計算，即全張拉階段和放張階段。

1、全張拉階段。該階段為張拉應力筋階段，可以不中斷交通施工，作用于構件上的荷載不僅有構件的自重、活載、溫差等，還有預加力。施加預應力在板或梁的受拉邊，在受拉邊開裂后，開裂截面（也是控制的計算截面）受拉邊砼的拉應力已經釋放，即該截面在現有的所有荷載作用下，受拉邊緣砼應力為零。要使裂縫閉合或寬度減小，就要對受拉邊砼施加預壓應力。開裂截面受拉區的砼雖然不能承擔拉應力，但能承擔壓應力，預應力加固后只要受拉邊緣不出現拉應力或裂縫，截面的幾何特性應按全截面計。

2、放張階段。該階段是在覆蓋預應力鋼筋的砂漿達到強度以后，對部分鋼絲進行對稱地放松，放松的預應力鋼絲已經與砂漿粘結在一起，利用鋼絲的回縮對覆蓋的砂漿層也施加一定的預應力，相當于先張法對砂漿層施加預應力。而未放松的鋼絲仍通過錨座端對原構件施加預壓應力，相當于后張法對原構件施加預應力，但該部分預加力比第一階段施加的預應力

小了。也就是說在該階段砂漿層邊緣的應力只有放松的預應力鋼筋對其產生壓應力，按先張法計算。而原構件受拉邊緣及受壓邊緣砼的應力為放松鋼絲按先張法施加的應力與未放松鋼絲按后張法施加的應力之和。

加固后截面的幾何性質（計入砂漿層）同樣按全截面考慮。本加固方法采用分散錨固及分散應力傳遞的方式，結合先張法及后張法的優點，使用普通砂漿覆蓋，并使之也產生預壓應力，而非采用昂貴的高性能砂漿，解決目前板式橋、小箱梁及大箱梁橋的頂底板等大平面結構不能采用預應力加固的難題。通過建立模型，計算分析預應力在不同階段的應力傳遞機理，結果表明此加固方法具有可行性與適用性。

四、預應力體系加固理論研究的趨勢

由于體外預應力近二十年來才在工程中開始大量應用，所以與體內無粘結和有粘結預應力相比研究較少。目前國內外對體外預應力的二次影響和正截面承載力的計算方面的研究相對較多，但是大多試驗都是針對簡支梁，而且很多是通過計算機非線性有限元分析方法進行研究，還沒有適合工程實用的簡單方便的計算公式。對于其他方面，比如斜截面承載力、構件的短期剛度和長期剛度計算、裂縫寬度的計算、結構的動力性能、預應力損失的計算及其體外預應力結構的抗震性能等，有的研究剛剛開展且大多是定性的研究，有的則還沒有進行相關的研究。目前，體外預應力許多方面的計算是借鑒體內無粘結預應力的公式。如上所述，由于二次影響的存在使得體外預應力梁的承載力低于體內無粘結預應力梁的承載力，而且梁的跨高比越大差別越大，這就給工程帶來了安全隱患。我國越來越多的舊有建筑物需要加固處理，但是研究工作的相對滯后阻礙了體外預應力這一最有力的加固技術的應用和發展。

今后迫切需要進行更加全面而系統的試驗研究，更深入了解體外預應力體系的工作性能，并將定性與定量問題結合起來，給出計算承載力、短期和長期剛度、裂縫寬度、動力反應及預應力損失等方面簡單實用并和我國規范相統一的計算公式。同時，筆者也建議在無粘結預應力規程中增加體外預應力部分的內容，從而推動體外預應力結構的應用和發展。

結束語

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。

參考文獻：

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