體外預應力技術在梁式橋梁加固中的應用

蔣伍林

摘要：橋梁工程是十分重要的交通樞紐，隨著橋梁工程使用年限的增加，容易出現剛度不足、承載力降低等問題，對此，在橋梁工程施工中，需選擇有效的加固施工技術，其中，體外預應力技術的加固效果比較好。本文首先對體外預應力技術結構進行介紹，然后對體外預應力加固技術的優點進行分析，并對梁式橋梁工程施工中體外預應力技術的應用要點進行詳細探究，以期為實際工程提供借鑒。

關鍵詞：梁式橋梁;體外預應力技術;結構體系

中圖分類號：U445.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

體外預應力施工技術屬于后張預應力系統，在體外預應力施工中，需在軸承結構主體外部拉伸的鋼筋進行預應力施工。梁式橋梁工程施工通過應用體外預應力技術，能夠有效提升混凝土結構強度，橋梁工程受到體外預應力鋼筋所施加的壓力后，彎矩即可產生橫截面拉應力，能夠有效抵消橋梁工程受力，進而提升橋梁工程承載力。[1]因此，本文將對體外預應力技術在梁式橋梁工程施工中的應用方式進行深入研究。

1 體外預應力技術結構

1.1 體外預應力梁

在梁式橋梁工程施工中，體外預應力加固施工需在橋梁工程整體結構以外設置加固結構，通過利用多根絞線，即可達到良好的加固效果。在體外預應力施工中，可在橋梁工程側梁下半部分設置體外預應力鋼絲索，同時需安裝連接構件，使得各類結構形成一個整體，進而提升橋梁工程結構的穩定性。體外預應力梁結構如圖1所示。

1.2 體外預應力技術體系

體外預應力技術體系可分為兩種類型：第一，無粘結體外預應力體系;第二，有粘結體外預應力體系。其中，無粘結體外預應力體系是由單根無粘結筋平行組成的，并深入至HDPE管，通過應用灌漿施工技術，即可有效固結無粘結鋼筋。在粘結體外預應力體系施工中，在鋼管中設置鋼紋線孔道能夠產生張力作用，強度較高，利用水泥材料進行灌注施工后，即可達到良好的加固效果。

2 體外預應力加固技術的優點

在橋梁工程施工中，與傳統的預應力加固施工技術相比，體外預應力技術的加固效果更好，能夠有效提升基礎結構、建筑材料的荷載重力反應，被廣泛應用于各類重力結構中，可提高橋梁工程結構件基礎承載能力，避免結構形變，保證橋梁工程結構穩定性。在體外預應力技術的應用中，無須應用內部管道加固方式，在外力結構支撐作用下，即可達到良好的結構加固效果，提升施工材料之間的結合效果，同時使安裝施工方式便捷，提升張拉施工效果，無須應用大型機械設備即可完成相關作用。[2]體外預應力技術主要被應用于較短橋梁工程施工中，在較短時間內即可達到良好的加固效果，并且施工成本較低。

體外預應力施工技術的加固方式靈活便捷，在維護管理中，可結合實際情況更換相關構件，如果橋梁工程外部結構件受到外界環境因素的影響而損壞，體外預應力施工技術可在較短時間內對橋梁工程結構重心進行優化調整，便于對預應力結構進行安裝施工。在體外預應力技術的實際應用中，施工工序簡單，同時在橋梁工程日常維護管理中的施工操作方式便捷，可有效提升橋梁工程運行穩定性。[3]

體外預應力橋梁工程結構鋼筋基礎的穩定性比較強，同時混凝土截面協調效果好，因此不容易出現結構形變問題，并且預應力約束分布均勻度比較高，結構重心不會發生偏移，能夠對結構變化幅度進行有效控制，避免橋梁工程結構產生裂縫。如果橋梁工程結構出現裂縫，并且在外力作用下逐漸向基礎承壓結構延伸，在體外預應力作用下，依然不會對結構閉合效果造成較大的不良影響，能夠為橋梁工程結構裂縫處理提供充足空間。

與傳統的預應力結構相比，預應力鋼束的長度比較大，通過應用連續跨步束，即可有效提升結構強度以及密實度，提升剛度標準，避免結構突出;提升預應力結構使用方式的靈活度，避免發生嚴重的橋梁工程病害。

橋梁工程預應力箱梁施工需對橋梁工程基礎結構上部進行優化設計，否則可能會對橋梁工程結構質量造成較大的不良影響，如果橋梁工程重力比較大，則會影響橋梁工程基礎施工質量。對此，利用體外預應力施工技術，在梁體內設置體外束，能夠避免與橋梁工程基礎結構直接接觸，通過間接基礎，即可達到良好的加固效果。[4]

橋梁工程體外束可采用直線設計形式，部分橋梁工程的建設標準比較特殊，可采用折線設計形式，束形簡單，在與轉向塊進行連接時，摩擦范圍比較小，能夠有效降低預應力損失，將預應力結構壓力控制在一定范圍內，轉向塊配筋形式如圖2所示。

3 梁式橋梁加固中體外預應力技術的應用要點

3.1 設計要點

在梁式橋梁工程施工中，通過應用體外預應力施工技術，能夠有效提升橋梁工程基礎結構承載能力，同時可對合力束界進行優化調整。[5]通過調節合力束界，即可促進橋梁工程結構承載能力的提升，因此，對體外預應力技術的應用方案進行科學合理的設計，即可提高橋梁工程使用效果。

3.2 加固處理及計算

在部分橋梁工程施工中，地質環境高度比較大，應力結構施工效果比較差，并且容易受到拱頂沉降影響，另外，水壓變化、圍巖壓力也會導致結構發生形變。對此，在預應力加固施工中，必須采取有效措施提升支護受力均衡效果。

在橋梁工程設計中，低矮區域的地下水對橋梁工程結構的影響比較大，如果巖層與隧道軸線夾角有褶皺，則需采取有效的處理措施，同時對支護結構受力情況進行優化調整，保證預應力加固施工效果。

在對橋梁工程加固體系進行內力計算分析時，活荷載所造成的水平筋拉力增量可作為變量，同時應切斷水平筋，計算公式如下：

式（1）中，ω1為從墊板中心至支座中心范圍的活載彎矩面積，q為活載集度。

式（2）中，ω2指的是在兩墊板中心范圍中的活載彎矩圖面積，l3指的是從墊板中心到支座中心之間的距離。

式（3）中，y1指的是在單位力作用下所造成的梁端彎矩圖面積重心豎向坐標，Xc指的是ω1重心至墊板中心之間的距離。

在式（4）和式（5）中，A指的是斜筋與水平筋拉力之間的比值，f指的是滑塊與梁底的摩擦系數;α指的是斜筋與梁縱軸之間的夾角。

3.3 體外預應力加固橋梁的施工工藝

3.3.1 體外預應力在加固橋梁中的相關規定

在梁式橋梁工程施工中，體外預應力加固體系是由連續剛構橋、鋼筋混凝土、連續梁、混凝土簡支梁所組成的，在該體系中還有多個結構件，包括預應力鋼筋、錨固設備、梁體、滑塊、減震裝置等。預應力筋包括鋼絲、鋼絞線等。對于體外索，要求具有良好的抗腐蝕性能，且具有可更換性，如果體外索自由長度在1 m以上，則需采用定位裝置進行固定。對于轉向裝置，需綜合考慮預應束根數、體外預應力大小以及普通鋼筋間距等進行優化設計。[6]轉向裝置是由鋼部件以及現澆混凝土塊體所組成的，要求與梁體緊密連接。混凝土澆筑施工需應用標號C25以上的混凝土。

3.3.2 體外預應力加固橋梁施工

體外預應力極限應力影響因素較多，包括預應力大小、荷載形式、配筋指標以及荷載種類等。體外預應力結構荷載對體外預應力應變增量的影響比較大，要求根據橋梁工程建設要求進行優化設計。另外，結構體系應具有良好的抗裂性能以及延展性能，在結構體系極限荷載下，要求將極限應力控制在結構體系屈服強度以下。在活荷載影響下，在彎折節點處，體外預應力結構體外索可發生滑移。另外，簡支結構極限應力應控制在體外預應力連續結構極限應力增量以上。

3.4 施工控制要點

橋梁工程加固施工需妥善解決承載力降低問題，確保合力束界一致性，保證橋梁工程加固施工效果，施工控制要點如下：①根據橋梁工程施工現場實際情況合理布控預應力束，提升束結構應力基礎，保證合力束界數據相同，避免在橋梁工程加固施工完成后由于合力束界控制不當而影響結構施工質量。②橋梁工程橋跨結構以及跨中結構共有3個斷面，在斷面處理中，應綜合考慮橫向分布情況在各個斷面上設置3個控制點，同時需設置9個檢測點，采用水準儀以及全站儀對結構變化情況進行檢測分析，在獲得完善的檢測數據后，即可將檢測數據傳遞至傳感器中，對合力束界繼續進行有效控制，保證預應力加固效果。③橋梁工程預應力張拉施工應對不同束整束的受力情況進行有效控制，避免單一束條受力過大而對預應力加固效果造成不良影響，需要注意，在單根結構張拉施工過程中，應對同束基礎數據進行準確計算。④橋梁工程預應力加固施工盡量采用智能化施工技術，嚴格控制作業方向，避免在預應力施工中出現質量隱患，進而對橋梁工程加固施工效果造成不良影響。

4 結語

本文對梁式橋梁工程施工中體外預應力技術的應用要點進行了詳細探究。在橋梁工程加固施工中，體外預應力是比較常見的加固施工技術，能夠有效提升橋梁工程結構的穩定性，延長橋梁工程的使用年限。體外預應力技術的實際應用需綜合考慮橋梁工程適用性以及加固條件，對加固數據進行準確計算，確保滿足預期設計要求，保證橋梁工程加固施工效果。

（責任編輯：陳之曦）

參考文獻：

[1]殷新鋒，王成煜，黃嶼，等.體外預應力橋梁轉向塊的受力性能分析[J].中外公路，2017，37（5）：100-103.

[2]王明華.體外預應力混凝土橋梁設計方法分析[J].公路交通科技（應用技術版），2017，13（5）：280-282.

[3]賈小琳.體外預應力在橋梁加固中的應用[J].建筑工程技術與設計，2018（15）：2420-2421.

[4]楊勇.公路橋梁體外預應力加固的施工工藝重點探究[J].工程建設與設計，2019（7）：244-245，248.

[5]劉杰.混凝土連續橋梁體外預應力加固技術研究[J].城市道橋與防洪，2018（8）：228-230，252，25.

[6]吳越.公路橋梁體外預應力加固與施工方法研究[J].交通世界，2019（13）：124-125.