桥梁体外预应力加固技术综述

桥梁体外预应力加固技术综述

姬中达

(河南省公路工程局集团有限公司，河南郑州450000)

l}商要】

体外预应力技术是后张预应力体系的分支，是无粘结蓣应力结构技术的一种。它对置于混凝土截面之外的预应力筋进行张拉，通

过体外筋端部锚具和转向块将预应力传递给混凝土结构。

联键闭桥梁；预应力加固

体外预应力技术是后张预应力体系的分支，是无粘结预应力结构

技术的一种。它对置于混凝土截面之外的预应力筋进行张拉，通过体外筋端部锚具和转向块将预应力传递给混凝土结构。由于体外预应力技术

具有结构自重轻，预应力筋替换、维护方便，预应力损失和应力变化幅

度小，施工工期短，混凝土质量高、耐久性强等优点，已被广泛地应用于混凝土桥粱结构的加固维修。

1体外预应力的概念与体系

体外预应力是指对布置于承载桥梁结构本体之外的钢束张拉而产生预应力。设计时仅把钢束锚固区域设置在桥梁结构本体内，转向块可

设在柯i梁矍卉貅内或体外。

体外预应力体系由体外预应力管道、浆体、锚固体系和转向块等

部件组成。体外陨应力体系分为有粘结体外预应力体系和无糙结体外预

应力体系。有粘结预应力体系是将钢铰线穿八孔道内张拉后，向孔道管

内灌入水泥浆。无粘结预应力体系的体外预应力筋由若干单根无粘结筋

组成，将单根无粘结筋平行穿入管内，张拉之前，先完成灌浆工艺，由

水泥浆体将单根无粘结筋定位，张拉后不灌入水泥浆。

2体外预应力加固的组成构造特点及作用机理2．1纽成构造特点

桥梁体外预应力加固体系的形式是多种多样的。从构造形式上看，

该体系主要由以下几部分组成：水平筋、斜筋、上锚固点、滑块、U形承托、水平筋固定支座。

Z1．1体外预应力索、管道和灌浆材料

体外预应力体系采用的预应力索一般由钢铰线组成，包括与体内

预应力混凝土结构完全相同的普通钢铰线以及镀锌钢铰线或外表涂层和

外包PE防护的单根无粘结钢铰线。体外预应力索管道主要起防腐作

用，它通常有两种形式：一是全部采用钢管道，二是钢管与高密度聚乙

烯管道相结合的方式。

体外陨应力索管道的灌浆材料可分为剐性灌浆材料和非剐性灌浆材料。刚性灌浆材料通常指水泥非刚性灌浆材料。水泥灌浆是最简单和常用的，它可以适用于与结构有离散粘结的体外预应力结构，也适用于

与结构完全无粘结的体外预应力结构。而油脂和石蜡通常用在由普通钢铰线和钢管道组成的预应力系统中，以达到钢索与结构无粘结的目的。

2．12体外预应力索的锚固系统

体外预应力索的锚固体系～般可分为可更换和不可更换两大类。在可更换的体外预应力锚具中又包括钢索无法放松和可放松两种类型。

使用无法放松的钢索可以是普通的钢铰线也可以是单根无粘结钢铰线。

使用普通钢铰线时在管道中灌注非刚性灌浆材料，使用无粘结钢铰线时管道中—般灌注水泥浆。可放松的类型在锚具后需预留一定长度的钢索

以满足钢索放松的需要，这种锚具的体外预应力索只能是无粘结钢索。

Z13体外预应力索的转向装置

体外预应力索的转向装置是体外预应力索在跨内唯一与混凝土体有联系的构件，起体外预应力索转向的重要作用。

22作用机理

根据受力特点，可将体外预应力结构分为施加预应力阶段和活载

作用两个阶段进行受力分析。

221施加预应力阶段

现以斜筋和水平筋由两块粗钢筋组成的情况为例来分析体外预应

力结构在施船预应力阶段的受力情况。在这种情况下，应先将斜筋和滑

块相连接，并固定斜筋的上端。在张拉水平拉怦时，由于干斤顶的推力

作用使梁底两滑块产生相向滑动，这种相向滑动使得斜筋受拉并伸长，同时在滑块和垫板之间产生竖向压力和摩阻力，直到水平筋的拉力达到

控韦十值【o斜筋产生的水平分力对梁旌加偏，0压力，其竖向分力则对梁体产生负弯矩和负剪力。这些琊功口力使梁体内储备了—部分抗力，可以部

分地抵消外荷载引起的内力，从而提高原梁的承载力。

222活载作用阶段

活载作用时，梁体产生弯曲变形，水平筋中的拉力增加，并使斜

筋中的拉力、垫块对梁体的正压力及摩阻力均发生变化。由于体外预应

力结构的构造形式不同，直接影响各拉杆内力增量间的平衡关系。如f按有水平移动的滑块或无滑块情况考虑，取滑块为隔离体。

3常见的体外预应力加固方法及施工工艺

采用体外预应力对粱式桥上部结构进行补强加固，其作法是在梁

体下缘受拉区设置用相钢筋形成的预应力拉杆或预应力钢束，通过张拉

对梁体产生偏心的预应力，在此偏，b压力作用下梁体上拱，荷载挠度减

小。改善了结构的受力，从而提高了结构承载力。

3．1下撑式预应力拉杆(粗钢筋)加固法

当桥下净空许可时，可采用在梁下设置预应力拉杆(粗钢筋)体系进行补强，也可将粗钢筋锚固在从梁端数起的第二道横隔板上，改变

支撑点的位置和调整拉杆中的拉力以满足承载力的要求。1)横向收紧张拉法。为拉杆的粗钢筋分两层布置在梁肋底面两侧，在靠近梁端适当

位置上弯起，与固定在梁端的钢制U形锚固板焊接。粗钢筋弯起处用

短钢筋支撑，纵向每隔—定间距设一撩棍和锁紧螺栓。通过收紧器将

拉杆横向收缩收紧而使拉杆受力，从而在梁体中产生预压应力。2)纵向张拉法。当采用纵向张拉法补强加固时，拉杆钢筋沿梁底部布置，两端向上弯起，它与横向收紧张拉法不同之处在于，拉杆两端弯起段通常

都穿过翼缘板匕的斜孔伸至桥面，拉杆端部设有丝扣，用轧丝锚锚固于

梁顶的锚固槽内，对拉杆钢筋施加预应力可以用旋紧螺帽，端部用张拉千斤顶张拉，拉杆中间设置法兰螺丝收紧扣及电热张拉等手段完成。3)组合式预应力补强拉杆加固法。这是既布置水平补强拉杆，也布置有下

撵式补强拉杆的组合式体外预应力加固方法。4)竖向顶撑张拉法。在梁端底部设置U形钢锚固板，沿梁底设置拉杆，拉杆两端焊在钢锚固

板上，在梁的1／4跨径及跨中位置设置张紧夹具，张紧夹具安装在固定

于梁腹或横隔tELP_的承托架上给拉杆施加预应力，当拉杆达到设计应力

值后，用钢筋混凝土垫块在拉杆与梁底面楔紧，以固定拉杆位置并保持张拉力，卸除张紧夹具和承托架并做好拉杆的防锈处理。

32体外预应力钢丝束加固法

—般沿梁肋侧面按某种曲线(抛物线等)线形设置预应力钢丝束。

为保持曲线线形并固定钢束位置，在梁底每隔—定间距(50一10。cm)设置—个定位箍圈，或者在梁肋侧面埋设定位销。钢丝束的两端头则穿

过粱端翼缘板上的斜孔伸至梁顶锚固。为防止钢丝束锈蚀，预应力钢丝

束应放在保护导管内或张拉后在钢丝束周围用混凝土包裹。

4结浯

桥梁体外预应力加固是对桥梁结构施加体外预应力，以预加力产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，它能较好地满足使用荷载的要

求，增加结构的使用年限和耐久性，加固效果好目施工质量易控制，是一种十分理想的加固

法，具有广阔的发展前景。