浅析体外预应力加固对箱梁的作用

田志谦 刘文深

【摘要】体外预应力结构是目前加固既有混凝土结构最有效的方法之一，本文对体外预应力加固钢筋混凝土箱梁前后裂缝和跨中挠度的变化进行简要分析，为进一步完善体外预应力加固工程设计理论提供指导，并提出几点运用体外预应力加固箱梁的建议。

【关键词】体外预应力小箱梁挠度 裂缝

一 体外预应力加固钢筋混凝土箱梁的分析准备

与传统的体内预应力结构相比较，体外预应力结构具有管理维护方便，施工期较短，预应力损失小等优点，能提高旧桥的承载能力，是加固加固既有混凝土结构最有效的方法之一，被广泛应用于国外的桥梁界。但目前对于体外预应力技术的应用研究大都是针对矩形或T形截面梁进行，而对体外预应力加固箱梁的研究较少，且基本均未考虑加固前原有结构的初始受力状态，而把原有构件看作完整梁进行分析，这与结构的实际受力状态不符。因此，本文分析了不同初始受力状态结构加固前后裂缝和跨中挠度在各级荷载下的发展规律，为进一步完善体外预应力加固工程设计理论提供指导。

针对被加固钢筋混凝土箱梁不同的初始受力状态，包括开裂状态、不同配筋率、不同张拉控制应力、体外预应力筋的不同横向位置等因素，分析各级荷载下梁的挠度、裂缝分布、体外预应力钢筋应力增量、承载能力等力学特性的变化特征，探讨体外预应力加固提高承载能力的各种影响因素。以下表中的基本情况为例

对体外预应力加固钢筋混凝土箱梁挠度和裂缝进行简要分析。

二 体外预应力加固钢筋混凝土箱梁前后分析

体外预应力属于后张法无粘结预应力体系的一种,是将预应力钢筋布置于梁体之外的一种结构形式。就以上图表的基本情况为例，A01梁在加固之前先进行预裂，予裂荷载按1.0倍计算跨中极限弯矩控制。梁预裂时，在开裂荷载之前挠度变化比较均匀，达到开裂荷载之后，跨中截面抗弯刚度明显增加。由此可知，在同等荷载下，加固后梁的挠度明显小于未加固时梁的挠度，跨中截面抗弯刚度明显增大。

在混凝土开裂前，在构件变形增大时，体外预应力钢筋发挥了作用，从而减缓了构件的变形趋势。由于体外预应力钢筋随着构件的变形增大，相应被动增加了应力，抑止了非预应力钢筋屈服后构件变形的发展速度，减少了构件的挠度和最大裂缝宽度。但是在开裂后，由于箱梁的截面抗弯刚度不同，张拉控制应力越大，其跨中截面抗弯刚度的提高程度也越大。在构件变形增大时，体外预应力钢筋发挥了作用，从而减缓了构件的变形趋势。由于体外预应力钢筋随着构件的变形增大，相应被动增加了应力，抑止了非预应力钢筋屈服后构件变形的发展速度，减少了构件的挠度和最大裂缝宽度。但是在开裂后，A02和A03梁的截面抗弯刚度有很大不同，张拉控制应力越大，其跨中截面抗弯刚度的提高程度也越大。

箱梁在开裂荷载之前配筋率大较配筋率小的变化稍微缓和一些，但是在开裂以后，配筋率高一些的构件刚度也大。两片梁的挠度差距随荷载增大而加大。加固梁跨中挠度在开裂前基本一致，差别很小，开裂后，略略有所不同，但是总体来看，预裂梁加固和完整梁加固在抗弯刚度上没有明显区别。同等荷载下，和未加固的箱梁相比，加固后的箱梁跨中挠度减小，加固梁的刚度较予裂梁的刚度有显著提高，预应力的施加使得部分裂缝闭合，预应力提供了很大的抗弯刚度。利用体外预应力对既有混凝土梁进行加固,可以从根本上提高梁的弯曲性能,加固后，箱梁通车运营时的振幅明显的减少，改善了箱梁的运营环境，能较大程度地恢复梁的挠度、提高梁的抗弯强度及抗剪强度。

考虑到被加固构件的初始状态，包括开裂状态、不同配筋率、不同张拉控制应力、体外预应力筋的不同横向位置等因素，通过对不同初始受力状态结构加固前后裂缝和跨中挠度在各级荷载下的发展规律进行分析比对，结果表明：体外预应力加固后梁的挠度明显小于未加固时梁的挠度，跨中截面抗弯刚度明显增大。按照规范公式计算其挠度值和试验值在开裂前基本一致，在开裂后有一定的偏差。这主要是二次效应的影响所致。加固时体外预应力筋张拉控制应力越大，其跨中截面抗弯刚度的提高程度也越大。初始构件配筋率会影响加固后结构的刚度，在构件开裂前其影响并不明显，但是开裂后配筋率低的梁的抗弯刚度明显不如配筋率高的梁。预裂梁加固同完整梁加固相比，两者在荷载作用下挠度变化基本一致。予裂梁加固后裂缝闭合，随着荷载增加，加固箱梁开始沿原已经闭合的底部裂缝开裂，而后裂缝向两侧发展，裂缝宽度增大，直至最后新生裂缝较多。预应力的施加使得部分裂缝闭合，并提供了相当部分的抗弯刚度。

三 运用体外预应力加固箱梁的建议

运用体外预应力加固箱梁，首先要探查所加固的桥梁在箱梁翼缘板、顶板、底板、腹板、齿板等部位分别产生哪些不同程度裂缝。然后根据桥梁裂缝的大小、性质、位置的具体情况以及结构计算分析结果，严格按照以下加固工艺步骤进行操作：测定箱梁原底板钢束位置，新增齿板的放样，凿除新增齿板块范围内底板混凝土保护层，钻孔、植钢筋，浇筑齿板，穿束张拉预应力，封锚、防护体外索。在加固中采取了箱内底板加体外预应力结合压注环氧浆液粘贴钢板条的方法进行加固处理，要尽可能采取减小或克服摩擦的方法使引伸量达到规定的范围内。最终达到降低主梁支点附近拉应力，限制底板裂缝的继续开展，保证结构的整体受力，弥补原桥的不足的目的。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。