简支T梁桥体外预应力加固施工技术

张赞豪

(新疆南方路桥工程有限责任公司，新疆　喀什　830000)

简支T梁桥体外预应力加固施工技术

张赞豪

(新疆南方路桥工程有限责任公司，新疆喀什830000)

关键词：简支T梁；体外预应力加固；施工技术

0引言

预应力加固法主要有体内预应力加固法和体外预应力加固法两种，其中体外预应力指利用高强度的钢绞线、粗钢筋作为施力工具，对桥梁上部结构施加体外预应力，利用预应力产生的反弯矩将外荷载产生的一部分内力抵消掉，进而使桥梁结构的受力情况得以改善，提高结构的刚度，减少裂缝，提升桥梁结构的抗剪能力和抗弯能力。

1工程概况

南疆某简支T梁桥设计使用年限为100年，T梁梁高为1.65 m，半幅桥断面分别由六片T梁构成，设置在跨梁端和跨中。此桥使用简支梁桥面板连续结构，主梁为预应力结构。跨度在20 m以下的梁设计使用强度等级为C50的混凝土，跨度在20 m以上的梁设计使用强度等级为C55的混凝土。原来桥设计荷载：汽-超20级，验算荷载：挂-120。在检查桥梁过程中，工作人员发现此桥T梁腹板跨中处出现了一个左右两侧堆成的竖向裂缝，裂缝宽度>0.35 mm，影响了桥梁的承载能力，需要对其进行加固处理。加固处理时，要求在不影响车辆正常通行的前提下选择加固方法。桥梁截面结构配筋如图1所示。

图1　主截面配筋图

2桥梁加固方法对比和选择

2.1粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法的工作原理是使用一定黏度的结构胶将钢板粘贴到桥梁主梁的受拉区部位，从而可使主梁与相关结构的受力均匀，降低主梁的承受力。在实际施工中要注意严格控制裂缝的大小，最大限度地增强桥梁结构自身的抗弯曲能力。粘贴钢板加固法的优点是可操作性强，在施工中不会影响车辆的正常通行。存在的不足是施工中不管是在材料的选择上或者是施工技术的实施中都有明确的界定，而且若将钢板的锚固设置在主梁上方则会对主梁造成不同程度的影响，在使用中应根据实际情况进行有效选择。

2.2粘贴碳纤维加固法

粘贴碳纤维加固法的工作原理是通过粘结剂将一定强度的复合板粘贴在桥梁表面，当桥梁结构受到外力作用时，高强度的复合纤维布会与桥梁形成密不可分的整体，这样可大大增强桥梁结构的抗弯曲能力。从动力学层面来分析，粘贴钢板加固法采用碳纤维板将其固定在混凝土表面，从而增强混凝土结构稳定性。该方法的优点在于施工操作简单易行，而且不会给结构造成损伤，在主梁加固方面应用较为广泛。

2.3体外预应力加固法

体外预应力加固法的工作原理是给梁体外围包裹一层防腐保护材料，并对梁体施加预应力，从而尽可能地减少外部荷载力对梁体造成的损害程度，增强主梁的抗弯曲能力[1]。体外预应力加固法的实质是通过将梁体受力进行均匀分布来增强主梁的耐久性，该方法已在很多工程中得到了广泛的应用，相关人员通过总结将预应力加固技术的优点列举如下：

(1)可将体外预应力筋的性能最大限度地发挥出来，从而增强主梁的可承载力；(2)通过体外预应力筋的相关作用，使主梁之前所存在的裂缝得到全面修复，延长了主梁的使用年限；(3)体外预应力加固技术可操作性强、工期短。

通过综合分析与比对可知，每种加固方式都有自己的独特之处，当然也存在些许不足。本桥梁工程加固时，要求不影响车辆的正常通行，因此优先选择粘贴钢板法和体外预应力加固法进行施工。但是相比于粘贴钢板法而言体，体外预应力法更为实用，原因在于在施工中无需将原主梁部位周围的混凝土保护层凿除，对主梁造成的损伤比较小，可以最大化地保护主梁免受外力的作用，提高主梁的荷载能力，经济性更佳。而且体外预应力加固法很适合在小跨径梁式桥加固工程中应用，特别是对于需要提高荷载等级或者承载能力不足的桥梁工程，外预应力加固是最佳的加固方法。综合考虑后最终选取体外预应力加固法作为本次加固施工的加固方式。

3体外预应力加固施工技术

3.1体外预应力钢筋参数及布置

(1)预应力钢束：预应力钢束的布置主要采取折线布置方式，即在每片梁腹板的两边各张拉几根具有一定黏性与强度的钢绞线，锚下张拉控制应力为1 116 MPa，具体见图2。

(2)转向块：可在距离梁端一定距离处设置转向块，并根据工程所需将其进行合理布排[2]。

(3)锚固端：首先需将梁端部位的混凝土桥面进行彻底清除，然后将梁端顶面上角凿成与斜筋相垂直的斜面，其次使用角钢制作的垫座将其固定在事先准备就位的梁端斜面上。最后使用一定强度的混凝土将锚头部分进行彻底封闭。

图2　体外预应力设计图

3.2预应力锚固箱加固和固定方法

采用一定厚度与强度的钢板根据设计图纸的相关需求对预应力锚固箱进行加固处理，但在加固中要注意事先在锚固箱内预留出钢绞线孔道以便后期混凝土浇筑工作的顺利开展。施工人员要检查张拉钢绞线是否按照要求设计到位，这样才能确保锚固箱免受变形的困扰。通过在梁体上设计一定的钻出孔，并使用较高强度的钢筋穿过梁体，将两个锚固箱固定在梁腹板两边，并在梁体周围的空隙内注入环氧树脂，填补梁体与钢筋之间的缝隙。

3.3安装转向装置

钢绞线的设置与梁的弯矩图基本相吻合，所以根据工程实际所需以及设计图纸的相关要求可将钢绞线的转向导环直接安装在梁体上。但在施工中一些不容忽视的细节应值得重视，具体总结如下：

(1)由于转向装置对温度的要求较为严格，因此在安装中应在室内进行而且要将温度控制在一定范围内。烧接前还需对钢板进行预热处理。

(2)转向装置与横梁之间应使用强度较高的螺栓进行连接。螺栓的选择要慎重，不管是组成材料还是长度都应严格控制。螺栓孔的成孔直径要大于螺栓自身的直径，这样便于施工顺利进行。成孔时可采取直接钻成孔方式进行。螺栓施疗前需对钢板表面进行彻底处理，包括除锈、打毛等，确保钢板表面的摩擦系数达到施工之所需。在安装螺栓时要注意不能在雨天作业，螺栓对空气湿度的要求较高，应尽可能在干燥环境下进行。待安装完毕后还须进行必要的检查工作。

(3)转向装置安装完成后应确保底面处于水平状态，以避免预应力筋出现下滑或者不良现象。

(4)在张拉预应力前需进行认真、全面地校对，待准确无误后方可进行施工。

3.4预应力筋穿束及张拉

根据工程实际所需将钢绞线穿过导向环，并将夹片安装在锚固箱周围。

预应力钢绞线一般采用无粘结预应力钢绞线，由于这种方式强度较高，张拉可采用对称模式进行，而且预应力钢材的张拉应做好严格的控制，尤其是伸长量和张拉力[3]。张拉力的实际数值可借助压力表刻度直观的表示出来。张拉时实测预应力钢材的伸长量与理论伸长量进行比对，若存在异常应进行及时修复，将损失降至最低。在检验中以下工作是必不可少的环节：

(1)在施工现场应准备经审批合格的张拉程序说明以及现场施工操作流程书；

(2)施工现场必须配备有专业的操作人员；

(3)锚具应严格按照流程进行，检查混凝土强度是否满足设计所需；

(4)施工现场应确保全体操作人员到位而且应配备相应的安全防护措施。

在张拉过程中应借助一定的工具如千斤顶，将拉力作用线与预应力筋的轴线保持在相同水平线上。预应力筋采取应力控制法进行有效控制，并对所获取的伸长值进行准确校对，理论值与实际伸长值之间的误差应控制在可操控范围内。直线筋的张拉力大小取张拉端张拉力。两端张拉取消筋可以按照下述公式进行计算：

(1)

式中：Pp——预应力平均张拉力；

P——预应力筋张拉端的张拉力大小，单位：N；

x——张拉端和计算截面孔道的长度，单位：m；

θ——张拉端和计算截面曲线孔道部分切线夹角的和值，单位：rad；

μ——孔道每1m局部差对摩擦的影响系数，其数值如表1所示。

表1　系数数值表

在进行预应力筋张拉过程中首先应适当调整初应力，伸长值应从初应力阶段进行测量较为准确。预应力筋实际伸长量应等于量测伸长值与初应力伸长值之和。为了避免在张拉过程中梁体出现不同程度的弯曲现象，在施工中可借助一定强度的钢绞线对其进行固定。在张拉过程中施工人员应时刻关注转向导环与锚固箱之间是否有异常现象出现，待确认无误后方可进行后续阶段的施工。张拉工作完成后要使用特制的铺具将锚具盖上，并在外圈注满环氧树脂做好保护措施，为了避免锚具受潮或者生锈，可将其储存在干燥的环境中，并使用防腐性能高的材料对其进行保护。此外，在锚固箱与穿过钢绞线的孔道部位也应注满环氧树脂，将存在的孔隙进行彻底填充，这样才能最大限度地确保施工环节处在可控制范围内，为后续阶段施工的顺利实施奠定基础。

4结语

本文以实际工程为例，对体外预应力加固施工技术在简支T梁桥的应用进行了探讨，实践证明，使用体外预应力对T梁桥进行加固是一种经济、合理的加固措施。本工程施工后施工效果良好，极限状态下主梁的抗弯能力在锚固端处、L/4、跨中处分别提升了14%、6.07%和12%，锚固端、梁端和转向块处极限状态下的抗剪能力分别提升了3%、32.8%和6.5%，桥梁结构强度达到了设计安全值范围，加固效果显著。

参考文献

[1]张劲泉，徐粤，叶见曙，等.公路旧桥验算分析指南及工程实例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]JTG/TJ22-2008，公路桥梁加固设计规范[S].

[3]JTG/TJ23-2008，公路桥梁加固施工技术规范[S].

摘要：文章结合南疆某简支T梁工程实例，对比分析了粘贴钢板加固、粘贴碳纤维加固和体外预应力加固三种桥梁加固方法的优劣，对简支T梁桥体外预应力加固的施工技术应用进行了探讨。

Externally Prestressed Reinforcement Construction Technology of Simply Supported T-beam Bridges

ZHANG Zan-hao

(Xinjiang Nanfang Road and Bridge Engineering Co.，Ltd.，Kashi，Xinjiang，830000)

Abstract：Combining the engineering examples of a simply supported T beam in southern Xinjiang，this article compared and analyzed the advantages and disadvantages of three bridge reinforcement methods，i.e.steel plate pasting reinforcement，carbon fiber pasting reinforcement and externally prestressed reinforcement，and discussed the construction technology application of externally prestressed rein-forcement for simply supported T-beam bridges.

Keywords：Simply supported T beam；Externally prestressed reinforcement；Construction technology

作者简介

中图分类号：U448.21+7

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.020

文章编号：1673-4874(2016)04-0071-04

收稿日期：2016-03-25

张赞豪(1979—)，工程师，主要从事桥梁施工管理工作。