體外預應力加固鋼筋混凝土簡支梁橋的設計方法

黃山

摘 要：以某跨江大橋為工程實例，圍繞體外預應力加固技術進行探討，通過對轉向裝置以及橋梁結構建立有限元模型分析其受力特點，最終得出結論：需對預應力混凝土T梁進行加固，使其承載力提高。并對該加固技術進行總結，希望為相關工程提供參考。

關鍵詞：體外預應力 轉向裝置 加固

在橋梁工程建設過程中，對其進行加固是十分重要的一個環(huán)節(jié)，常用的加固方式是利用預應力鋼筋放置在混凝土截面內部的形式，而本文所提到的體外預應力則是另外的結構。兩種方式最重要的區(qū)別不是在力學方面的問題，而是自身的構造所在。具體來說，該結構不存在直接接觸部分，相反利用到的是錨具以及轉向塊的作用力。該預應力混凝土構件自身存在多方面的優(yōu)點，比如說降低摩阻損失、結構質量較輕、增加構造的穩(wěn)定性等。將其應用在橋梁加固工程中，能夠充分地發(fā)揮出其自身優(yōu)勢，比如說減少主動受力、構件形變幾率。針對主動受力來說，具體指增加了該構件的等效外荷載而且此荷載是同恒載以及活載效應相反的。同時，利用該技術還會讓橋梁更加加固，進行檢查、更換也會更加方便。

1.工程概況

某跨江大橋荷載達到：汽-13，拖-60。其所上梁部分的結構為簡支梁，每孔由4片長33m預應力混凝土T梁組成，梁寬2.20m，高1.70m。該工程中存在的最大的問題就是滲水產生對橋梁的侵蝕危害，最終引發(fā)了橋梁出現裂縫、銹蝕等現象，導致了橋梁外部的裸漏。

2.體外預應力加固構造及細部分析

此加固技術具有以下優(yōu)勢：（1）施工過程中對于交通的影響較低；（2）高度成熟的修繕技術；（3）具有比較夯實的加固效果。因此最終決定將該技術應用于該大橋的主梁部分的加固工作。

2.1體外預應力加固構造

作為預應力混凝土梁體加固工程中最重要的構造即轉向裝置，其主要作用就是將預應力鋼筋的方向進行轉變用于曲線配筋，最終來加強整個工程的抗剪能力。此大橋的體外預應力鋼束的組成即由水平、斜這兩部分構成。轉向裝置被布置在鋼束分離處的L/4的地方。核心部分是由鋼材料組成，要將4束斜鋼束、2束水平鋼束組成主梁。

2.2轉向裝置細部受力分析

2.2.1模型建立

利用MidasFEA建立轉向裝置實體模型，設計轉向裝置的具體細節(jié)尺寸。如圖1所示。

2.2.2荷載工況

要將一下兩項的荷載工況用于具體詳細的計算工作當中：

工況1：最終用于錨墊板外側部分的應力的計算，其是在側端部進行跨中方式的加固工作，此時僅僅需要在錨墊板的外側部分增加相應的荷載即可。

工況2：最終用于計錨墊板側的應力的計算，其是利用在支點部分的側端進行相應的固定工作，此時僅僅需要在錨墊板的外側部分增加相應的荷載即可。

2.3計算結果及分析

通過對工況1、2的計算，核心部分轉向裝置單元在角隅的地方應力會更加明顯，而主拉應力始終維持在較低值。在工況1下拉應力的最大值為185MPa，在工況2下拉應力的最大值為193MPa。由此看來，這兩種情況下是全部不比Q345鋼材軸產生的向容許應力大，可見轉向塊處于正常狀態(tài)。

3.加固計算與驗算

3.1結構建模

根據橋梁結構形式，采用結構分析有限元通用程序 Midas Civil進行空間結構的建模與分析。

3.2原橋承載能力計算

根據有限元模型計算結果，分別采用汽-15和公路II級車道荷載，對結構內力進行荷載效應組合.汽-15級作用下跨中最大彎矩為4574.1kN·m，公路I I級作用下跨中最大彎矩為6114.7kN·m.利用Midas civil進行截面抗力估算，跨中正截面抗力值5056.56kN·m，則：4574.1kN·m<5056.56kN·m<6114.68kN·m故該橋上部結構滿足汽-15級荷載，但不滿足公路Ⅱ級荷載，需對預應力混凝土T梁進行加固，使其承載力提高，滿足公路Ⅱ級荷載的需要，同時滿足抗裂性等要求。

3.3體外預應力鋼束面積估算

估算體外預應力鋼束面積時，應考慮預應力損失及松弛.加固所需預應力鋼絞線的根數為：140×1860×0.65×0.8 =6.91根，故體外預應力筋鋼絞線面積為140×2×4=1120mm2。

3.4加固效率計算

公路Ⅱ級荷載作用下基本組合效應值比汽-15作用下增加33.6%；加固前原梁承載力為5056.56kN，加固后用Midas Civil計算得截面承載力為7575.42kN，承載力增加幅度為49.81%.利用Midas Civil對結構加固后的承載能力、抗裂性、以及應力和變形進行了驗算，均滿足要求。

4.國內外體外預應力加固技術現狀

依據預應力布置鋼筋的方式的不同，預應力加固技術可分為兩種：（1）體內布鋼筋；（2）體外布鋼筋。前一種方式，其優(yōu)點是整個施工過程較為簡便，進行鋼筋更換的時候也較為便利，也是因為以上優(yōu)勢的存在使其成為橋梁進行加固施工時常用的布置鋼筋法。進一步來說，該法就是利用鋼束所形成的預應力最終產生的拉力進行工作的，此處預應力進行施加的部分只能在錨固處完成。

4.1加固類型和特征

體外預應力加固橋梁法，主要原理是原有受力體系進行改變。依據加固的對象，可將該加固方法分為兩種：（1）預應力拉桿加固；（2）預應力撐桿加固。前者是將加固的重點位置放在了受彎構件處，而后者則將重點放在軸心處以此增加其受壓力。

依據加固結構所要求的受力，可將該加固方法分為三種：（1）水平拉桿；（2）下撐拉桿；（3）組合式拉桿。水平拉桿是針對在正截面進行受彎時較低承受力時的處理辦法，可以做到讓梁的撓度有所降低，盡可能避免構件之間發(fā)生的裂縫現象。下撐拉桿則是利用斜截面、正截面進行受彎時較低的承受力，同樣可以起到水平拉桿的兩種作用，只是針對的加固結構受力的不同而已。組合式拉桿利用到前兩種拉桿各2根，針對的是正截面進行受彎時較低承受力但是此時斜截面的承受力還可以挽救時利用的方法。

4.2體外預應力加固法機理

體外預應力加固法其原理為利用設置在橋梁外面的拉桿或撐桿，將錨固與前者進行結合，通過預應力的作用讓拉桿或者撐桿強迫地進行受力。這樣可以使原結構中的具體受力進行轉換，最終為了提升橋梁的承載能力。

目前，國內外利用下撐式拉桿方法進行體外預應力加固比較普遍。原結構的主梁部分也可叫折架的上弦，水平拉桿用在下弦處是利用此加固方法需對橋梁進行新增的構件，腹桿部分是斜拉桿的更新構件。豎桿是用在接觸橋梁的，其實質是墊塊。此處用到單墊塊的話就成為單柱式，那么用到雙墊塊則是雙柱式。在針對斜桿進行錨固時，根據錨固位置的不同分為兩種，其一梁端頂部，其二梁肋頂部。滑塊鏈接在斜桿的底部位置，依靠拉桿時產生的收緊力量形成了上托力，以及產生的摩擦力。針對斜桿來說，其張拉的產生并不是一下就通過施加產生，最重要的是利用水平拉桿形成拉力以此讓滑塊發(fā)生相對的位移，增加長度。加固工作的完成標志就是水平拉桿張拉力最終到達相關方案設計值時，進行兩端錨固。梁體上所形成的偏心軸向壓力是由斜桿頂端以及梁底墊塊上作用著的水平分力共同產生的。梁體的加強就是最終通過以上的受力以及各拉桿的張拉共同完成的。

5.結束語

（1）利用到的體外預應力法進行對預應力簡支T橋梁的加固施工，整體來說憑借自身成熟的技藝以及較小的交通影響，讓梁體的承受力得到很大的提升。

（2）在進行張拉錨固的過程中，先詳盡分析轉向裝置，以此證明該構造自身具有較廣的應用性。

（3）對于本文所提實例大橋進行加固工程之后，橋梁的承載力針對之前的結構來說，有了很大的提升，而且是具有安全保障的，在未來的加固工程中可以進行推廣。

參考文獻：

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