簡支T梁體外預應力加固技術應用

付忠安+王小平+顧亮

摘 要：文章結合某橋梁加固工程實例，對T梁結構進行驗算分析，介紹了體外預應力加固技術在加固簡支T梁結構中的運用。以期為類似加固工程的設計和施工積累經驗。

關鍵詞：體外預應力；簡支T梁；舊橋加固

中圖分類號：U445 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0174-04

1 概述

預應力加固法有體外預應力加固法和體內預應力加固法，體外預應力是將預應力鋼材布置在原加固構件的混凝土體外，或是為了保護預應力鋼材，張拉后澆筑勘噴射混凝土覆蓋。體外預應力加固技術是在體外預應力技術日趨成熟的基礎上開始逐步應用于舊橋加固，體外預應力加固技術的實質是以粗鋼筋、鋼絞線或高強鋼絲作為施力工具，對橋梁上部結構施加體外預應力，以預應力產生的反彎矩抵消部分外荷載產生的內力，從而改善結構的受力狀況，增大結構的剛度，閉合或減小裂縫，以提高結構或構件的抗彎和抗剪能力。

2 外預應力加固原理

體外預應力結構設計理論與傳統的體內預應力混凝土結構構件具有共性，由于體外預應力的作用，使其又具特殊性。體外預應力結構的受力特性與無粘結預應力結構之間的本質差別在于預應力筋和混凝土構件之間的協調工作程度不同。

3 舊橋概況

舊橋始建于1982年5月，于1984年9月建成通車，設計荷載等級為汽車-20級、掛車-100，人群荷載為3.5kN/m2，兩端橋頭現設20t限載標志牌。每跨上部結構均由8榀預應力混凝土T梁組成，梁高均為2.4m，梁間中心距為2.4m，相鄰T梁間采用0.6m寬的現澆濕接帶，每跨主梁間均設7道橫隔梁，相鄰兩橫隔梁間中心距為6.48m。全橋橋面總寬為20.8m，改建后舊橋橋面寬度為20m。

在橋梁拓寬后，舊橋的受力狀態發生變化，無法滿足原設計荷載等級要求。經檢測，大橋技術狀況總體評定為B級（良好狀態），能滿足現有交通功能要求，因此經過專家評審會討論，建議改造加固后的橋梁維持原有荷載設計標準，不宜提高設計荷載等級。

4 計算分析

4.1 主體結構

整體計算采用midas/civil2011 V7.9.0版進行計算。在實際建模中，對主梁和橫梁離散成梁單元進行計算，整個計算模型共393節點，444個單元，如圖2所示。計算采用KN、m制，應力單位為MPa，截面有效寬度參照JTG D62-2004的第4.2.3條規定計算。

計算模型共分5個施工階段及1個運營階段（詳見下表1）。

T梁體外束加固規格及張拉應力見表2所示。

經計算，計算結果均滿足規范要求。

4.2 體外束轉向塊細部構造承載能力計算

4.2.1 轉向裝置作用效用取值計算

根據《加固設計規范》計算轉向裝置的作用效應設計值時，不考慮可變荷載應力增量的影響，取永存預加力Npe，e，荷載分項系數取1.3。承受空間體外預應力作用的轉向裝置，在極限狀態下其作用的水平和豎向力設計值Nhd和Nvd由下式確定。

式中：Nhd為轉向裝置的水平作用設計值，即體外預應力束張拉時對轉向裝置的合力在水平面的分力設計值；

Nvd為轉向裝置的豎向作用設計值，即體外預應力束張拉時對轉向裝置的合力在豎直方向的分力設計值；

Np，e為體外預應力束的永存預加力，其值為Np，e=σpe，eAp，e；計算時偏安全考慮取張拉設計值Npe=1209*140*3=508kN；

θe為體外預應力束在豎直平面內的彎起角度；計算時θe=4°；

βe為體外預應力束在水平面內的彎轉角度；計算時βe=0；

σpe，e為體外預應力束的永存預應力；

Ap，e為體外束的截面面積。

由上式可得Nhd=1.3*508*（1-0.997564）=1.6kN；Nvd=1.3*50

8*0.069756=46.1kN。

4.2.2 固定鋼板焊縫計算

作用于焊縫上的作用力為N=Nvd=46.1kN，彎矩M=46.1*0.09=4.2kN·m

焊縫強度滿足結構安全承載要求。

4.2.3 螺栓抗剪計算

螺栓直徑16mm，單個螺栓的受剪承載能力：

螺栓抗剪承載能力滿足結構安全要求。

5 其余加固及耐久性修復措施

5.1 橋面系

鑿除全橋橋面鋪裝、兩側欄桿和人行道，重新鋪筑橋面鋪裝，橫坡設為單向坡，坡度為0.65%，改造后舊橋橋面采用厚0.08-0.191m鋼筋混凝土層+0.1m瀝青混凝土。為保證橋面鋪裝與T梁工作的整體性，在T梁腹板和橫隔梁上種植結合面鋼筋，縱橫交錯布置。新舊橋在縱向接縫處設置縱向伸縮縫，且在相接的舊橋翼板底面增設不銹鋼板滴水槽。

5.2 耐久性修補

對全橋兩側邊梁與中梁間翼緣、T梁腹板和濕接帶、人行道下方懸臂板底面泛白、泛堿處，刷洗干凈后，涂刷兩遍水泥基滲透結晶型漿料進行耐久性防護。

對全橋局部鋼筋銹脹、混凝土破損處，先鑿除銹脹和破損處疏松的混凝土，對鋼筋徹底除銹并清理干凈后，采用聚合物修補砂漿予以修復。

6 施工要點

為保證體外預應力加固時預應力的施工質量，對整個施工工藝及要點提出了具體要求。

6.1 預應力施工流程（如圖4）

6.2 關鍵施工要點

6.2.1 基礎要點

首先舊橋采用高寒地區相對比較適用的Q345D鋼材，螺栓采用采用8.8級高強螺栓。錨固齒板、轉向裝置、定位裝置加工應符合設計要求，尤其是焊接質量均要求I級焊縫。張拉千斤頂在使用前送國家標準計量部門進行校驗，在施工過程中，根據工程師的指示，頂起送去校驗，以保證張拉噸位的正確性，同時進行標定，確定張拉力和壓力表讀數的關系曲率。endprint

6.2.2 線性控制

鋼束定位嚴格按照圖紙數據定位。采用鋼筋探測儀或鋼筋位置探測主梁鋼筋及鋼絞線布置位置，避開主筋及鋼絞線選擇合理的位置。采用預穿PE管鑒證線性質量。

6.2.3 鋼板及植筋連接部分質量控制

（1）嚴格按照放樣位置打孔。

（2）梁體表面打磨并清理干凈，尤其要保證表面平順，方便粘貼與螺栓加固。

（3）鋼板之間的連接均采用焊接連接，焊縫均屬于Ⅰ類焊縫，焊縫厚度應保證10cm。

（4）轉向鋼管、轉向鋼管與固定鋼板之間均采用焊接連接，為防止鋼管變形，螺栓位置處主梁與鋼板密實。

（5）錨固齒板粘貼處要鑿出1cm保護層，然后將錨固塊嵌入，并且要求表面清理干凈。

（6）錨固齒板、定位裝置、轉向裝置鋼板與梁體采用對拉高強螺栓進行緊固連接。

（7）M16化學螺栓種植深度不小于16cm。

6.2.4 體外預應力鋼絞線質量控制要點

（1）無粘結環氧噴涂帶PE的預應力鋼絞線由環氧噴涂鋼絞線、防腐油脂層、單根小PE管、大PE保護管等組成，鋼絞線下料長度已計入張拉工作長度。

（2）在體外預應力鋼束安裝過程中注意對外包PE塑料管的保護，不允許直接在地上拖動，下面最好有拖輪支撐，以免塑料管損傷。將錨固處的每股鋼絞線打散，進行剝皮、去油清洗處理。

（3）鋼絞線下料長度包括張拉時的工作長度，下料用砂輪切割機切割。將下料的鋼絞線按設計圖紙規定的股數理直、編束、編號并綁扎牢固，防止互相絞纏。體外預應力鋼絞線穿束時應外包白色PE管。定位鋼管于PE套之間需密封膠圈，必要時采取專業接口。

（4）工作錨的夾片必須保持清潔和良好的潤滑狀態。安裝錨具前，應將鋼絞線表面粘著的異物用鋼絲刷前清除，安裝錨具時，應注意工作錨板與工具錨板對中，夾片均勻打緊并外漏一致。

（5）張拉順序橋中間一跨向橋兩邊對稱張拉。預應力鋼絞線張拉采用張拉力與伸長值雙控方法：在確定張拉力的同時，校驗預應力鋼絞線的伸長值，預應力鋼絞線的實際伸長值宜在初應力為10%時開始量測，但必須加上初應力以下的推算伸長值，并扣除混凝土構件在張拉過程中的彈性壓縮量。

（6）張拉時左右對稱張拉鋼束，兩端同時張拉。張拉質量要求：每束鋼絞線斷、滑絲不超過1跟，且每個截面斷絲之和不超過該截面鋼絲總數的1%；實際張拉伸長量和理論伸長量之間的誤差不大于±6%。

（7）張拉程序，預應力張拉前應用0.10σK張拉一次，在開始測伸長量。張拉順序：0→初應力→σK（錨下張拉控制應力）→持荷5分鐘→錨固。施工單位根據經驗在張拉時計入錨口損失的影響，但施工中任何情況下，最大張拉控制應力不得大于0.8fpk。

（8）張拉完畢確認合格后，鋼齒板中鋼絞線落露部分加罩齒板外罩，并向齒板注油孔注入黃油防止鋼絞線銹蝕。按照設計圖紙要求，沿橋縱向每隔1.5m將鋼束與梁體進行穩固連接。

7 體外預應力施工過程中相關的保護措施

（1）進行齒板、轉向防護鋼板和鋼板的試安裝，并確定對拉螺栓和膨脹螺栓的位置，然后進行鉆孔和清孔工作。鉆孔完畢要盡快進行下一道工序，防止鉆孔后梁體在長汽車荷載作用下產生破壞。

（2）安裝齒板，轉向防護鋼板和定位裝置鋼板.進行精確定位，不得損傷原橋的鋼筋及鋼絞線。

（3）在對鋼板進行高強螺栓對托時，對托螺栓要加結構膠井穿過梁體。

（4）對鋼板進行緊同時，螺母后加墊方形斜墊，要證緊周螺母完全貼實鋼板，并沿橋縱向每隔1.5m將PE管與梁體進行牢固連接。待粘貼齒板和轉向防護鋼板的粘鋼膠完全凝固后，張拉鋼絞線。

（5）張拉完畢，切除多余鋼絞線，加蓋錨具防護罩，并通過注油槽注入黃油，防止錨具及鋼筋銹蝕。

（6）齒板和轉向裝置的外露鋼板在安裝前應打磨并涂刷防銹漆，在預應力鋼束張托完成后，安裝防護外罩并注入黃油，并對所有外露鋼板在涂刷兩遍防銹漆。

8 結束語

隨著我國經濟和交通基礎建設的發展，將有越來越多尚有使用價值的橋梁面臨拓寬、加固等改造工程。采用體外預應力體系加固簡支體系橋梁是一種比較合理和經濟的加固方法。上述橋梁的加固工程已經施工完畢，且取得了良好的加固效果。該加固工程的完成為今后此類工程的加固設計和施工提供了寶貴的經驗和技術參考。

參考文獻：

[1]朱典文，唐小兵，張萬平.橋梁結構的體外預應力加固技術[J].交通科技，2002（6）.endprint