应力加固技术在桥梁维修加固中的应用

马慧峰

山西晋宇路桥工程有限责任公司 山西太原 030000

近年来，我国社会经济、工业生产发展加快，道路交通运输量以及运输车流量都在日益增加。一方面促进交通运输事业快速发展，交通运输体系不断完善；另一方面对桥梁建设事业也提出了更高的要求；在桥梁建设施工中，隐现出更多的问题，一些桥梁因最初设计荷载能力较低，又经过长期高负荷受力，使其桥梁存在不同程度的损伤，使用寿命也会大大减少，承载能力与稳定性都在持续下降，从而给交通运输带来了未知的安全隐患。由于对危险桥梁的拆毁重建改造成本损耗较大，而且并不现实。因此，桥梁建设为了避免交通运输安全事故发生，最优选的方式是通过提高桥梁加固技术改造，增加桥梁安全性能储备，以及桥梁维修改造技术来实现。

1 桥梁预应力加固的方法及原理

1.1 主动加固桥梁的意义

桥梁结构加固工程在施工建设过程中，为增加桥梁的承载能力和安全性能，需要对桥梁建筑、结构以及建设材料进行整体设计。主动加固桥梁是为了增加桥梁的承载和受力、维护桥梁的安全性能和使用寿命，避免和减少对桥梁的损害及影响。一般而言，桥梁建设主动加固的补强材料是采用钢筋混凝、钢板和高强度复合纤维等对其进行加固，以此来提高桥梁的安全性和稳定性，而主动加固则是深入探测考察桥梁的结构，分析针对桥梁的荷载等级和受力缺陷，根据桥梁具体实际的情况制定最优处理方案，从桥梁的根本上解决维修加固承载能力、增强桥梁的稳定性能。当然这一环节需要涉及到开展专业的针对性分析，以及具体维修加固施工的材料考究，因为不同的桥梁工程结构设计方案不同，其受力程度与荷载等级也有所不同，因此依据桥梁工程的具体问题设计，采取具体对应方案，使桥梁增加承受负载能力，减少损耗，实现其价值的最大化[1]。

1.2 被动加固桥梁的特点

现目前，被动加固的方法在桥梁结构加固施工过程中得以广泛使用。被动加固就是在对桥梁结构进行加固施工过程中，被加固构件的受拉区直接增设抗拉的后补加强材料，例如碳纤维板加固、粘钢加固、粘高强复合材料加固等。所以桥梁结构加固被动加固不仅可以提高材料的利用率，对于桥梁受力稳定性的提升也有极大帮助。此外，被动加固特点是只承担活载（车辆荷载）以及后加恒载所产生的应力，因此被动加固也存在一定缺陷。以粘贴碳纤维布为例，桥梁加固薄弱构件的时候，设计一般会考虑分阶段受力的特点，与原钢筋混凝土受力相比被动加固仅仅承担后增加的荷载，且其应力应变相对较为滞后，一般在极限状态时，其应力不能达到抗拉强度设计值。据研究表明在我们对桥梁进行加固时采用直接粘贴高强复合材料的被动加固方案的时候，由于分阶段受力的特点，后加补强材料应力应变滞后，高强材料的抗拉强度性能很难得到发挥，为了进一步提高材料的的利用率，则出现了主动加固技术。

2 预应力加固技术的应用

2.1 体外预应力加固技术的特点

预应力加固技术在桥梁结构加固维修中，体外预应力加固法是较为常用的加固方法，其加固系统主要分为体外预应力索/筋、体外预应力锚固装置、体外预应力防腐系统三个部分。预应力加固技术在实际应用过程期间，可以在不影响正常交通运输的情况下进行施工运营，将预应力锚索安防在梁体的主体结构外，利用两侧的锚固及梁中的转向装备，和桥梁墙体贴合连为一体，使桥梁的平衡性和稳定性明显提高，不仅施工设备简单灵活，对桥梁的墙体损伤程度较小，而且工期较短经济效益相对较高。

2.2 体外预应力加固方法及优势

体外预应力的加固方法主要适用于跨度大的混凝土连续箱体桥梁，是通过采用在桥梁结构外部，增加预应力筋、钢拉杆、体外索等结构材料构件进行加固，由桥梁的上部施加应力，使下部受拉区域对梁体产生预压力从而抵消部分外荷载产生的内力，从而使桥梁结构的承载能力和刚度显著提高，能够有效地使梁体的部分裂缝闭合，减少桥梁结构的挠度，提高桥梁结构的耐用性。体外预应力加固技术相比在桥梁底部增加粘贴钢板加固施工有所不同，不需要清理凿开混凝的土表面安置，而是通过采用具有防腐性能的特质材料构件对桥梁结构进行加固。体外预应力加固技术主要有以下优点：

（1）在桥梁加固工程中使用率较高，加固施工过程开展灵活，应用范围广泛，可对不同桥梁的实地情况进行整体或者局部的加固。

（2）加固施工构件对桥梁结构的损伤及结构的影响相对较小，在提升桥梁承载力的基础上，还能够实现有效的保护桥梁的原有形态和设计线形，降低成本提高经济效益。

（3）便于后期的桥梁维修和管理，可以根据情况更换和调整体外索，加固过程中与桥梁原本结构不会产生黏结，应力波动量小。

2.3 粘结预应力加固技术

在桥梁结构加固技术过程中，针对桥梁的不同结构加固技术也有所不同，一般来说，跨度较大的箱体桥梁选择体外预应力加固技术较为适用，而小型的立交桥梁等结构加固，则适用于粘结应力加固技术。粘结预应力加固技术也就是有粘结应力混凝土施工技术，有粘结预应力后张法工艺的构件，在桥梁承载工作中预应力无法调整是事实，但后张法也常常用有粘结预应力工艺，其加固的施工过程也就是通过将直径较小力筋锚固在桥梁的的加固体内，并注入复合型砂浆混凝土，先浇筑混凝土留孔道，混凝土达到强度后穿钢筋或钢丝索，锚具、张拉、锚固，再高压灌浆构成，无粘结预应力筋与混凝土不直接接触而处于无粘结的状态，而无粘结预应力筋是带防腐隔离层和外护套的专用预应力筋。因此，粘结预应力桥技术使梁结构加固的损腐蚀性损害问题得以维护，有效的提高桥梁的耐用持久性和安全稳定性。其原理是粘结预应力加固才用的钢筋或者钢丝索等特殊材料自身具有一定预应力，加上混凝土的高压灌浆与桥梁形成整体的加固体，不仅加固桥梁，减少桥梁的受力负载力，而且更加稳定桥梁结构，增加防腐性，提高桥梁耐用性持久度，延长桥梁的适应寿命与安全[2]。

2.4 高强负荷纤维预应力加固技术

随着现代科学的不断创新和技术的不断进步，材料技术也在不断迭代更新，出现抗负荷性能较高、耐腐蚀性强的高性能纤维材料，能够有效的促进桥梁结构加固技术提升。桥梁结构加固中，高强负荷纤维预应力加固技术是一种预应力纤维增强复合材料加固混凝土构件的技术与装置方法，将高强度负荷纤维材料适用于桥梁应力加固中，对碳纤维材料以及板条的压力进行合理处理，从根本上改善桥梁结构的应力分布，提升桥梁结构自身的应力。由于目前桥梁工程建设中，钢筋混凝土结构是其主要原材料，通过应力板的拉张，提升桥梁的承载能力，具有碳纤维材料轻质、体积小、耐老化等特点，在桥梁就维修中不会对桥梁的质量增加以及外形改造变化，高强负荷纤维应力的最大优点就是主动加固，在桥梁结构加固也得以广泛的应用。为了消除由于桥梁长期负载、疲劳等原因带来的安全隐患，必须对损伤结构构件进行加固，延长其使用寿命。

3 预应力技术在桥梁施工过程中应用的注意事项

现如今随着科学技术的不断发展，社会经济的不断进步，预应力技术在桥梁结构维修施工工程也广泛使用，其混凝土工程建设优势也对桥梁建设等其他工程起着非常重要的作用。在应用预应力技术加固桥梁工程过程中，应力技术对施工质量、效率以及安全性有有重要影响，桥梁施工中预应力技术避免操作不当，出现一些问题，施工企业更要加强预应力技术的关注力度，预应力技术的正确应用，最终实现让桥梁施工在正确道路上发展。需要对桥梁的关键位置分别观测挠度与应力指标整体分析，预应力在桥梁修复施工期间的应用，有利于恢复结构设计线型：再次检测连续梁桥外表面时发现，预应力加固技术对连续梁桥表面裂缝闭合过程有一定促进作用。桥梁工程预应力加固设计方案科学、合理[3-5]。

4 结语

现如今，我国桥梁工程对促进国民经济发展具有重要价值，桥梁运输已经成为我国交通运输中不可或缺的重要部分，尽管目前我国交通网络建设基本完善，但是部分地区桥梁还存在一些问题需要改造，桥梁预应力加固的加固技术在能够有效加强对旧桥梁的维修加固，消除裂纹和不均匀下沉、温度改变等问题，能明显降低该类工程重建、拆除过程中浪费大量资源的问题，同时明显延长了桥梁工程的使用寿命。在新桥梁的假设中，由于桥梁预应力加固自身具有造价便宜、方便，节省材料等特点，可以推进一批新式桥梁结构的出现。在具体的施工方式或施工工艺选择中，应考虑到实际的经济效益。