预应技在高速公路桥梁加固中的应用分析

赵艳峰 王雷

摘要：高速公路桥梁由于单板受力会导致其承载力降低，当桥梁车流量增多时，就容易导致坍塌时间，所以需要及时的对其进行加固处理，一般情况下，加固方式有粘接钢板、增大截面、粘接碳纤维布、体外预应力技术等。每种方式都有其各自的优缺点。文章使用预应力技术对桥梁进行加固处理，分析该技术的优缺点，然后将其运用于实体的高速公路桥梁加固中，最后得出使用该方法能够增加桥板的强度和刚度，使其处于弹性工作状态。

关键词：预应力技术;高速公路桥梁;加固

中图分类号：TU997

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）07-0175-05

1预应力技术的简介

当前，国内外对于高度公路桥梁的加固方式和技术比较的多，不管是哪种方式，起到桥梁加固效果的方法需要遵循力学基本原理，并且需要根据高速公路桥梁的自身状况或者是外界因素进行加固。

通过从外界角度对桥梁进行加固的方法有以下2种情况：

1.1增大主梁截面面积

可以使用增加配筋、铺设桥面补强成或者是现浇混凝土等方式增加高速公路桥梁的截面面积，面积增加了就可以提高桥梁的几何抗弯模量或者是惯性矩。当桥梁的承载能力降低之后或是是不符合规范，就可以采用此方法进行加固，使用这种方法的缺点就是会

增加桥梁的自重。

1.2增强主梁的强度

可以通过使用碳纤维布、玻璃纤维、芳纶纤维等复合材料增加主梁的强度，还可以粘接钢板的方式，这些材料的力学性能较好，能够提高主梁的强度，而不会改变主梁的截面，使用这种方式的缺点就是会有应力滞后叫。

通过从内因角度对桥梁进行加固的方法有以下4种方式：

1）在高速公路桥梁的下面增加桥墩或者是支

架，从而提高桥梁的承载力。

2）将简支梁变为连续梁体系。

3）对桥梁的跨径进行改变，在桥上面加上斜撑。

4）在高速公路桥梁的主梁下面增加叠合梁或者是钢桁架，

本文所研究的体外预应力是一种从内因角度对桥梁进行加固，并且这种方式在桥梁加固中非常的有效。体外预应力对高速公路桥梁进行加固时，其加固原理就是使用张拉预应力筋产生内力，其实质上就是将桥梁结构截面所需要承受的力量用张拉预应力筋来承担"。与在结构上进行粘接外物来进行加固的方式相北，使用这种方式加固梁，梁自身的重量增加更少，而且还会非常明显的提高桥梁的承受能力，能够提高桥梁的抗裂性能和承载力，并且不会对桥墩或者基础起到多达的影响。另外，使用该方式不会对高速公路桥梁的交通造成影响，对维护成本有提高的作用”。所以体外预应力在高速公路桥梁加固中具有广泛的应用。

在桥梁加固中应用体外预应力技术的优點如下所示：

1）使用体外预应力技术加固时，只需要将筋在转向快和锚固快的地方与梁进行连接，这样就会减少预应力筋的摩擦，提高其使用效果。

2）由于体外预应力力筋是在构件的截面外侧进行安装，所以对其进行维护或者换索就会比较的便捷，且可以减少腹板的厚度，有利于新桥建设时增加其跨越能力。

3）体外预应力力筋在施工时是安装在聚乙烯管为，所以其施工工序会比较简单，而且其防锈效果会更好，质量检查时会更加的方便。

4）如果高速公路桥梁使用节段预制的方式进行施工，对预制好的节段进行施工时，如果采用体外预应力技术进行连接，其施工进度将会更快[8]。

2预应力技术在高速公路桥梁加固中的应用

以某高速公路桥梁为例，对桥梁的工程概况进行分析，分析其存在的问题，再正对该问题使用预应力技术进行加固，研究预应力技术在其加固的施工工序和加固效果。

2.1工程概况

某高速公路桥梁在2019年进行安全检测发现存在安全隐患，需要对其进行及时的加固处理。主要承重结构存在不同的问题，问题有严重的也有不严重的，其中桥梁中5号板的问题最为严重，其中铰缝连接已经失效，只剩单板受力，已经达不到标准规范要求的受力情况，不利于高速公路桥梁的结构安全性，需要及时进行加固。该高速公路桥梁的车流量非常的多，对桥梁进行封锁处理是不可行的，但是又必须对其进行加固处理以保证其使用安全。当前比较成熟有效的加固方式是粘接钢板或者是粘接碳纤维进行加固，但是这两种方式都需要对高速公路桥梁进行封锁，而且桥梁的扰度变形大、单板受力，如果不对桥梁进行封锁处理，使用这两种方式就会影响加固效果，所以最后决定在该工程中使用外体预应力技术进行加固。

2.2体外预应力技术加固的方案、流程和施工要点

2.2.1清理加固梁板板底

该桥梁板底的受力情况严重降低，其表面会存在劣化的混凝土，需要对这些混凝土进行清理干净，以防影响到其他混凝土。混凝土里面的钢筋可能因为混凝土受到腐蚀、脱落等而暴露在外面，这些生锈的钢筋都要进行除锈处理，处理完成之后再用环氧砂浆修补。当裂缝宽度大于0.15mm时，就要用灌浆的方式对其进行处理，选择环氧灌封胶，并且是优质A级别的，其性能会更好。当裂缝宽度小于0.15mm时，就只需要对其表面进行封闭处理。

2.2.2锚固钢筋

首先沿着受弯构件端部方向进行植筋将钢板进行锚固。钢板的尺寸为120cmX48cmXlcm。再按照锚固钢板的尺寸，在梁其中一处的端部布置植筋40个直径为1.7em的螺栓。所使用的锚具一般情况下有2种尺寸a和b，其尺寸分别为120cmx5cmX2.3cm、120cmX5cmX1.8cm，两者的区别就是a的厚度要大5mm。锚具时需要进行开槽，开槽的尺寸为宽4mm深度为8mm，隔一定距离需要开一个槽，其开槽个数和间距需要按照所使用的钢丝绳根数确定。将两种不同型号的锚具分别焊接在锚固钢板上，图1即为锚座构造示意图，其中单位为mm。

2.2.3钢丝绳下料

需要根据预应力钢丝绳的生长率对钢丝绳下料进行确定。其设计使用材料如下：半桥选择预应力钢丝绳的型号为中3，需要使用910根，其中每个边板和中板都是用130根预应力钢丝绳。所使用钢丝绳长度有两种，一种长12.24m，该钢丝绳的生长量为7em，另一种钢丝绳要短一些，为11.74m，其伸长量为6.7cm。钢丝绳的装置方式采用的挤压锚头，然后采用双层的方式设置在锚具端之间。图2即为挤压锚头示意图。最终使用体外预应力技术加固高速公路桥梁示意如图3所示，其中单位为cm。

3高速公路桥梁加固前后的对比分析

3.1静载实试验截面

进行测试时，所选择的试验孔经过综合考虑之后所得到的，所以对该地方进行加固测试处理具有代表性，其测试截面如图4所示，其中单位为米。其中主要的侧试面包含3点：跨中、桥台支点附近和四分点.附近截面。

3.2测试内容

对应用预应力技术的使用效果进行测试，需要包含以下3点测试内容：首先就是在跨中处测试1号板，测试其截面高度发生变化其应变的影响，还需要测量各个板跨中底板的应变和饶度。然后就是对桥台支点附近截面进行加载处理测试其沉降。最后就是对板四分点附近截面的竖向挠度。

3.3加载车的介绍

本文进行的是静载实验，需要使用加载车对桥梁进行实验，需要使用的加载车为30t，共2辆，表1即为加载车的每个轴的实际重量，表中的单位为kN。

3.4加载试验工况

本实验中包含着两个实验工况，会分别对其进行实验研究，其中一个工况为对跨中偏心加载，设置为工况1;，另外一个为5号板，桥梁受损之后其5号板的问题是相当严重，变成了单板受力情况吗，设置为工况2。下面将对两种实验工况分别进行分析。

3.4.1工况1的实验

1）边板跨中底面实测应变数据

表2和图5分别为不同荷载时1号板跨中应变数据对比和其折线图，图中A4表示的是1号板底应变测点。从中可以看出，对桥梁进行加固之后其应变均小于加固之前，从图5中可以看出，不管是加固前还是加固后，应变基本上成线性，且加固前后应变的变化规律一致。从表中或者图中可以看出，采用体外预应力对桥梁进行加固之后，板底的承受拉应力减小了，说明其加固起到了增加强度的作用，此时的底板处于弹性工作状态。

2）边板底面实测挠度数据

表3和图6为边板底面不同实验效率下加固前后的挠度数据及其折线图。从中可以看出，与加固前的挠度进行比较，加固之后的挠度是小于加固前的，与应变变化情况一样，加固前后的挠度变化规律成线性，且两者变化规律一致。从中可以知道通过使用体外预应力加固技之后，板跨中竖向挠度变小，说明其刚度增加是非常明显的，是一种弹性工作状态。

3.4.2工况2的实验

表4为不同试验效率下5号板底面加固前后的应变数据对比，表5为不同试验效率下5号板底面加固前后的挠度数据对比。从表4和表5中可以看出，对5号板底进行加固之后，其应变和挠度的变化规律与底板中跨规律是一样的。其应变比加固之前的应变要小，其挠度也要比加固之前要小，并且表现的是基本成线性关系。这两者说明了使用体外预应力加固之后，底板的承受拉力变小，说明增加了其桥梁的强度，跨中竖向挠度变小了，说明其对刚度有所增加，总的来讲，加固后的梁板处于弹性工作状态，其起到了加固效果。

4结语

通过对上文的分析，在该高速公路桥梁加固中使用体外预应力技术是最为合适的，通过对其加固效果进行测试，发现加固后桥板的强度和刚度都有明显性的增加，能够处于弹性工作状态，并且有一定的安全储备。高速公路桥梁进行加固的方式比较多，文章研究的体外预应力技术只是其中一种，每种加固方式都有各自缺点和优势，需要根据工程本身进行综合考虑选择何种加固方式能够达到最好的加固效果。

参考文献

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