第４２卷第１２期 ２０１６年１２月 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＭａｔｅＨａｌｓ Ｊ・Ｊ之材 Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．１２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１６ 体外预应力加固技术在桥梁中的应用与发展 龙 帅 （重庆交通大学土木工程学院，重庆摘要：目前，我国已建的许多桥梁都出现了不同程度的 ４０００７４） 期间进行维护；②与原结构无粘结，应力变化值小，对结 构受力有利；③锚固构件尺寸小，自重增加少，可有效地 病害，从而影响到桥梁的正常使用。为了对结构的缺陷进 行修补，提高桥梁结构的承载能力，需要对桥梁的梁体进 大幅提高结构承载能力；④力索可灵活布置，根据实际情 况，可采用全桥加固也可采用局部加固；⑤预应力索设置 处的锚固区和转向区与主梁相连，能够减少摩阻力的损失， 行加固设计，主要的加固方法有：碳纤维加固法、粘钢加 固法、增大截面加固法、施加体外预应力加固法等。由于 体外预应力加固技术具有施工工期短、耐久性强、自重较 轻、易于更换等特点，已在桥梁加固维修中得到了大量的 运用。 关键词：桥梁结构；体外预应力；加固技术 中图分类号：Ｕ４４５．７２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７２—４０１１（２０１６）１２—０ｌ１９—０２ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—４０１１．２０１６．１２．０５５ ０前言 体外预应力结构这一概念最初诞生于法国，它是一种 把预应力束置于结构截面外，然后对结构施加预应力的一 种结构体系。预应力加固法具有加固、卸荷、改变结构内 力的三重效果，在加固大跨度桥梁时，有比较广泛的应用。 除此之外，对于具有较高应力、应变的大型结构，在一般 的加固方法无法达到理想效果时，也可以采用体外预应力 加固的方法。这种方法操作简单、节省资金、易于进行防 腐处理，并且此法中使用的钢束方便更换。实践证明：把 体外预应力加固技术运用于旧桥中，桥梁的承载力和抵抗 开裂的能力可以得到明显提升，并有效地提高结构的受力 性能。 体外预应力结构与体内预应力结构在构造上存在本质 差别，体外预应力筋在混凝土构件体外，通过锚固块和转 向块与结构相连接，因此，整体结构的变形将会影响到体 外索的受力；然而对于内粘结预应力混凝土梁体，由于受 力钢筋和混凝土之间的紧密结合，主梁结构产生变形时， 则钢筋也随同结构同时变形，具有适应性好，因此，钢筋 的应力是与某个混凝土截面息息相关的…。在体外预应力 结构设计时，由于动荷载的存在，必须考虑到体外筋与结 构是振动的，应当防止共振现象，而且当体外预应力 筋在动力荷载（如车辆等）作用下发生共振时，易发生锚 具的疲劳破坏和转向构件处预应力筋的弯折疲劳破坏。在 地震区时，设计还必须考虑采取相应措施，提高体外预应 力结构的抗震性能 。 一 １体外预应力的特点与组成 １．１体外预应力的优点 体外预应力的优点有：①体外索可调可换，便于使用 作者简介：龙帅（１９９２一），男，重庆人，在读硕士研究生，研究方向：大 跨径桥梁设计理论。 从而可以充分利用预应力的效应。 １．２体外预应力的缺点 体外预应力的缺点：①体外预应力索长期暴露在结构 外面，防腐、锈蚀等很难得到保护，受外界影响较大；② 体外索在锚固区和转向区由于受力的特点，较容易发生应 力集中的现象，因此对施工要求较高；③由于体外索具有 强度高，在实际中其张拉力很小，故不能发挥其优势，并 且对锚具和夹片也要求较高；④在桥梁受力外界荷载的作 用下，体外预应力筋会产生变形，但是其发生的变形和混 凝土产生的变形是不同步的，所以会造成预应力损失。 １．３体外预应力的组成 １．３．１锚具 锚具和夹具是预应力筋锚固的重要工具，结构产生的 力通过锚固端传给主梁，主梁承受最终的力，故体外预应 力索采用的锚具要比普通的锚具具有更好的安全性、可靠 性和专业性。由于其外观尺寸大于普通的锚具尺寸，所以 还需增加一些辅助装置来填补多余的尺寸，如减振装置、 防松装置、防锈装置等。 １．３．２体外索 常用的体外索主要的类型有光面钢绞线、无粘结钢绞 线、平行钢丝等。工程实例中大部分采用无粘结钢绞线， 并且在一定的必要条件下采用表面喷带有环氧涂层的钢绞 线，此钢绞线能起到很好的耐腐蚀作用，具有非常好的实 用性。无粘结体外预应力加固相比于有粘结体外预应力加 固，其最大的优点在于在后期结构运营过程中，钢绞线出 现一定的病害时可以对钢绞线进行二次张拉或换索 Ｊ。 １．３．３锚固块及转向块 体外预应力索加固于桥梁体上，通过锚固块和转向块 传力，为了降低在预应力传递的过程中损失的应力，必须 保证锚固块和转向块结构连接具有有效性。转向块（锚固 端）间的体外预应力索可能产生于梁的振动，若其频率 与梁的固有频率相同，就可能发生共振 Ｊ。对于应力小或 施工地势优越的锚固块，它们一般使用钢结构型式，也可 以将钢筋混凝土应用于具有张拉时应力较大的锚固块。 １．３．４减振装置 体外索的减振装置主要是为了减少其在动荷载（如车辆 荷载与风荷载）作用下产生的振动，主要是体外索锚固块和 转向块索长较大的位置。减振装置一般采用管内包裹橡胶 的钢结构，用植入螺栓的方式和原桥相互连接。 ・】】９・ Ｖｏ１．４２，Ｎｏ．１２ 第４２卷第１２期 Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１６ Ｉ－Ｊ适材 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｚ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１６年ｌ２月 １．３．Ｓ施工器材 他形式而言，底板索施加的位置处不需要安装转向块，将 体外预应力加固进行张拉施工时，所用的器材一般是 预应力索沿桥的纵向安装，布置在底板顶面有病害处 ， 张拉机，根据张拉的需求可分单孔千斤顶和整体千斤顶。 布置体外索有一定的难度，加固效果较差，故其使用效率 需要分丝逐孔张拉或施工张拉时场地条件不佳的情况下采 较低，但施工简单，质量可得到较好的保证 如图３所示。 用单孔千斤顶张拉，需要将体外索进行整体张拉时则采用 具体工艺流程为：安装预埋钢管一齿板混凝土浇筑一连接 整体千斤顶张拉。 ＨＤＰＥ外套管一穿布钢绞线一对称张拉一安装防振块一管 １．４体外预应力的布设形式 道压浆一封锚砂浆。 根据体外索在结构上布设的位置可以分为顶板体外索、 腹板体外索、底板体外索。体外索锚固的形式有钢结构锚 固形式与混凝土结构锚固形式。 ２体外预应力的施工实例 图３连续刚构桥１／２中跨底板平面 ２．１ Ｔ梁腹板索 ２．４箱梁顶板索 Ｔ梁工程实例中，体外索一般是在其腹板的两侧分别 这种布设形式是目前使用率较高的一种，箱梁顶板索 对称布置体外索，张拉构件设置在其腹板的加厚区域，在 是一种应用较为广泛的体外索布设形式。在箱梁内部的顶 其中横隔梁钻孑Ｌ进行设置转向装置，如图１所示。张拉端 板处布置体外索，其所产生的力主要是通过转向器传递给 一般用钢锚箱，将其张拉端固定在Ｔ梁的腹板上，转向装 锚固块完成，由于锚固块与主梁相连接，最终传递给主梁 置运用钢结构。对梁腹板索进行施工时，在穿索过程中， 受力，如图４所示。具体施工工艺为：施工准备一钢绞线 为了防止成品索受到损坏，需要保护好成品索。由于在施 下料、编号、穿布一锚具、夹片的安装一钢绞线预紧一预 工张拉的时候，腹板锚固块连接的位置处应力分布不均匀， 应力张拉一安装防护装置、封锚一安装限位索夹。 需要时刻监控该锚固块连接处的受力情况。锚固块和转向 块均属于钢结构形式，由于锚固块的质量较大且安装时所 需的空间要宽阔等原因，所以对安装时的要求较高，难度 较大，故只能用于张拉时受力小的体外索。这种体外索的 布设形式在成都某大桥加固维修中得到成功的应用。 图４连续刚构桥１／２顶板构造图 该体外索布置的特点是可以在箱梁内部的顶板处安装 大尺寸锚固块，从而可张拉较大的预应力，达到改善桥梁 工作病害的目的。该体外索已经在长江、珠江及黄河上多 图１ Ｔ型梁桥立面图 座大跨度连续钢构桥中使用并取得了非常好的效果。 ２．２箱梁腹板索 ３结语 对于在箱梁工程实例中，需要在原桥箱梁重新浇筑混 凝土来形成新增截面，在新增截面上通过植筋，利用新增 体外预应力技术越来越多地使用到桥梁工程中，随着 截面来传递预应力给原桥。体外预应力索采用普通光面钢 技术的革新，施工技术的进步给体外预应力技术带来了加 绞线，将其布置在桥梁病害较严重的位置处，是一种最有 速的发展，该技术不但可以应用于桥梁的新建，也适合旧 效的体外索加固方式，一如图２所示。具体工艺流程为：放 桥的加固和改造。随着我国桥梁建设的不断发展，加上体 样一植筋一绑扎钢筋一安装预应力管道一穿钢绞线一固定、 外预应力加固技术的优势，该项技术在桥梁建设与加固的 封闭预应力管道一安装模板一浇筑混泥土一安装锚具一张 过程中能够对国家产生更好的经济效益。 ［ＩＤ：００３５１０］ 拉预应力筋一管道压浆一封锚混凝土。 参考文献： ［１］勇早建，陈景艳．浅谈桥梁体外预应力加固技术［Ｊ］．科技传 播，２０１０，６０（１５）：１６７—１６８． ［２］马玉全．无粘结环氧钢绞线在桥梁加固工程中的应用［Ｊ］．广 图２体外索布置图 东交通职业技术学院学报，２０１４，１３（３）：２２－２７． 新增腹板截面内的预应力筋严格意义上是一种体内索， ［３］王寿生，王恒栋．体外预应力索自由长度分析［Ａ］．中国土木工 具有造价低，效果显著等优点，得到了较为广泛的应用。 程学会水工业分会结构专业委员会四届四次会议论文集 该体外索已经在安徽芜湖、广东深圳等多座３Ｏ一５０ ｍ跨度 ［ｃ］．２００７． 连续箱梁桥中成功使用，并取得了不错的效果。 ［４］ 李涛．预应力混凝土连续钢构桥加固设计与施工监测一体化 ２．３箱梁底板索 研究［Ｄ］．西安：长安大学，２０１４． 在箱梁底部增加底板索具有一定的特殊性，相对于其 ・１２Ｏ・
