桥梁维修加固中预应力加固技术的应用

于涛

湖南省慈利县公路桥梁工程有限责任公司，湖南 张家界 427200

摘要：为解决桥梁加固问题，在介绍预应力结构及预应力加固技术优势特点与不足的基础上，对预应力加固技术应用及前景进行分析，内容包括转向装置、锚固块和原结构之间连接部位受力、加固效果和施工工艺，使预应力技术在桥梁加固中的应用发挥出预期的效果，为相关人员提供参考。

关键词：桥梁加固;预应力技术;转向装置;锚固块;

预应力加固在桥梁维修中是一种常见的施工方法，但在很多方面还存在一定的缺陷亟待改进，应引起相关工作人员的高度重视，需通过持续不断且深入地分析与实践加以改进，解决各项实际问题，使预应力加固技术的实际应用达到预期效果。

1 预应力结构及加固优势

1.1 预应力结构优势

(1）能对体外索应力进行调校与控制，为检查腐蚀情况提供便利，进而在必要的情况下替换钢绞线束；

(2）箱梁壁中设有预应力管道，为混凝土的浇筑提供基础，不会由于孔洞的预留导致承压能力降低，可尽量减少箱梁壁的厚度，对减轻结构自重十分有利；

(3）预制箱梁通过使用体外索能简化施工，加快建设速度，减少建造成本；

(4）能使预应力筋得以有效简化，减少或避免摩擦损失。

1.2 预应力加固技术优势

(1）能够平衡卸除一部分恒载；

(2）能够有效提升结构自身刚度与承载能力；

(3）体外索没有太大的变化幅度，基本不存在疲劳方面的问题；

(4）可以有效控制原结构挠度与裂缝，确保裂缝达到局部闭合或全部闭合，并能降低挠度；

(5）能够控制与调校体外索应力大小；

(6）体外力筋的更换比较方便，但也存在一些缺点，如锚固块与转向装置的设置存在一定困难；对转向装置的设计如果不合理将导致预应力严重损失，而且还会使施工变得十分复杂；会使结构的外露面无法达到平整；要对体外索防腐与防火方面的问题进行充分考虑。

2 加固技术应用

预应力加固是一项新的桥梁加固技术，从当前国内外实际加固效果可知，应用对象主要为简支矩形截面桥或简支T形截面桥，而箱形截面桥与连续桥等实际应用并不多。虽然箱形截面桥和矩形与T形截面桥在加固原理与方法上存在一些相似点，但因为存在剪力滞后与二次效应等因素，所以在施工上依然存在很大差异，包括锚固块设置、转向装置设置与其受力机理，以及实际的加固效果综合评价等。

2.1 转向装置

转向装置在预应力加固中是一个重要构件，其传载方式与自身性能同样也会对预应力实际施加效果造成很大影响。转向装置设计应达到以下要求：转向点处预应力筋所在位置必须准确无误，防止附加应力的产生；结构正常使用期限内，转向装置不能给预应力索造成任何危害。目前常见的转向装置包括：采用钢板与钢管通过组合而成或后加一个钢筋混凝土转向块。当待加固梁为矩形梁与T梁时，建议采用钢板与钢管通过组合而成的结构，而箱梁建议后加一个钢筋混凝土转向块。

转向装置自身传载模式若按照作用形式可分成以下两种：第一种为承压型，采用压力把体外索荷载可靠传递至原结构，主要在矩形梁、T梁与箱梁中使用，可实现横向加固；第二种为剪切型，采用剪力的形式把体外索荷载可靠传递至原结构，通常在箱梁的纵向加固中使用。

对承压型转向装置而言，在转向装置和预应力筋之间的接触区中，因受到摩擦力与横压力持续作用，若转向装置设计不当或所用构造措施不合理，则会使预应力索硬化与摩阻损失超标，使接触面部分应力大量集中，进而引起以下问题：一方面导致原结构部分被压坏；另一方面，接触点被剪坏导致加固失效。对此，对传载方式与自身性能进行研究是十分重要的，必须引起相关人员的高度重视。这种转向装置可借助计算机进行模拟。

对剪切型转向装置而言，转向装置和原结构之间的接触面会受到由于体外索张拉而产生的剪力作用。然而，对该接触面的研究并不多，其问题也会对最终的加固效果造成影响。在以前的设计工作中，通常都将接触面上的应力视作均匀分布的，然而事实上并不是均匀分布。若设计不当，则会导致材料浪费或连接部位的安全储备较小，为结构正常使用造成很大的隐患。基于此，在设计工作中应建立一个良好的模型。

2.2 锚固块和原结构之间连接部位受力

对矩形截面梁与腹板厚度较小的T梁，其锚固块常用做法为在需要进行锚固的位置进行凿洞，将钢轴与钢管等直接视作锚固块，该方法不仅操作简单，而且非常有效。对该锚固块进行的受力分析也相对简单，重点在于钢轴与钢管的强度和与原结构之间的局部压应力，主要应用于加固荷载相对较小的情况。对箱梁而言，考虑其横截面与荷载都相对较大，在此情况下使用以上处理方法并不合适，需要通过新增混凝土锚固块进行处理。该锚固块自身传载方式和受力机理均与剪切型装置相似。

2.3 加固效果

加固效果是对加固方法是否良好和能否取得成功进行评定的关键指标。桥梁借助预应力完成加固处理后，横截面处在正常使用状态下与极限状态下的抗弯承载力，我国与国外相关学者对计算方法进行了分析和研究，同时也总结出了很多较为适宜的方法。但对箱梁在完成横向加固后进行的受力分析与实际加固效果方面的研究还不多。

对于体外索处于极限状态时的极限应力，相关学者通常使用总配筋指标反映普通钢筋受到的影响，根据试验结果建立经验公式，并没有从结构自身角度对力筋极限应力方面的问题进行研究，导致得出的结论没有局限性。对此，要建立一个完整的模型，通过极限分析了解整个加固体系，最终得出实际加固效果。

在抗弯能力方面，采用体外索有明显优势，可方便地从力学角度入手加以分析。但对抗剪能力而言，该方法并不方便。在结构分析方面，如果不考虑结构可以承受的剪力，则可得出：结构在预应力作用下可推迟截面裂缝的产生，提高混凝土和钢筋之间的握裹力，使纵向钢筋具有的销栓能力大幅提高，消除斜截面受到的剪应力，最终提高截面自身抗剪能力。如果支座周围的体外索产生转向弯起，则截面自身抗剪能力将很大一部分来自于体外索。

2.4 施工工艺

正确可行的施工工艺是达到预期设计目标的重要基础与保证。为了使预应力得以准确保持和体外索不会由于转向而发生老化与损伤，对预应力体系而言是十分重要的；加之预应力对结构进行的加固从准确且牢固设置锚固块到转向装置设置，再到预应力张拉，均对施工具有很高的要求。通过分析锚固块和锚下应力，从减少应力损失的角度入手，对锚固块与转向装置施工和张拉工艺提出明确的要求，同时建立完善的加载、锁定检测和综合评价标准，以此达到预期的设计要求。

3 应用前景

预应力加固技术在矩形梁与T形梁桥中的实际应用越来越完备。虽然预应力结构所需钢束数量多于其他方式，但因其能减少腹板厚度，能大量减少混凝土实际用量，因此降低工程量；而且采用该方法对桥梁进行加固，不仅速度快，而且费用低，更加经济。此外，通过对预制节块的组合拼接，上、下部结构可以实现同步施工；在结块之间设置接缝，能进一步加快施工速度，使施工更加方便，在保证施工质量的同时，缩短工期。成桥之后还能方便快捷地完成检测与维护，可以十分明确和详细地掌握桥梁实际使用状况，减少各项后期费用[8]。通过逐跨施工，还能限制对环境造成的影响。不仅使施工场地十分洁净，不会对城市造成太大污染，而且不会对交通造成影响，对预制块件的运输也比较方便，对当下主流的城市高架与轻轨等都具有重要作用。

4 结语

综上所述，伴随桥梁建设速度日趋加快，预应力技术表现出的优势将越来越显著。但该技术的实际应用相对比较滞后，所以只有在真正解决各项实际问题后，才能充分体现出技术具有的优势和特点，为桥梁工程建设奠定良好基础，提供可靠的技术支持。