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　　桥梁体外预应力加固技术的探究

　　1.桥梁体外预应力加固技术概述

　　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，通过体外端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梁结构的加固维修。

　　体外预应力的概念：体外预应力是指对布置与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，转向块可设在桥梁结构体内或体外。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。体外预应力加固的组成构造特点：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型承托、水平钢筋固定支座。

　　1.1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绞线组成，包括与体内预应力混凝土结构完全相同的普通钢绞线以及镀锌钢绞线或外表涂层和外包PE防护的单根无粘结钢绞线。体外预应力索道主要起防腐作用，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，即除在锚固段及转向弯曲段采用钢管外在其他直线段均采用高密度聚乙烯管道。体外预应力索管道的灌浆材料可分为刚性灌浆材料和非刚性灌浆材料。刚性灌浆材料通常指水泥，非刚性灌浆材料如油脂和石蜡。水泥灌浆是最简单和常用的，它可以适用于结构有离散粘结的体外预应力结构。而油脂和石蜡通常用在由普通钢绞线和钢管道组成的预应力系统中，以达到钢索与结构物粘结的目的。

　　1.2体外预应力索的锚固系统

　　体外预应力索的锚固体系一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绞线也可以是单根无粘结钢绞线。使用普通钢绞线时在管道中灌注非刚性灌浆材料，使用无粘结钢绞线时管道中一般灌注水泥浆。但两种类型的锚具中均使用防腐材料填密而不使用水泥浆以满足钢索可更换的要求。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。

　　1.3体外预应力索的转向装置。

　　体外预应力索的转向装置时体外预应力索唯一与混凝土有联系的构件，起体外预应力索转向的重要作用。

　　2、常见的桥梁预应力加固方法

　　采用体外预应力对梁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粗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，在此偏心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。撑式预应力拉杆加固法。当桥下净空许可时，可采用在梁下设置预应力拉杆体系进行补强，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

　　2.1横向收紧张拉法

　　作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，  纵向每隔一定间距设一道撑棍和锁紧螺栓。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。

　　2.2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上的斜孔伸至桥面，拉杆端部设有丝扣，用轧丝锚锚固于梁顶的锚固槽内，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。

　　2.3组合式预应力补强拉杆加固法

　　这是既布置水平补强拉杆，也布置有下撑式补强拉杆的组合式体外预应力加固方法。

　　2.4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板上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加紧，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。预应力钢丝束加固法，一般沿梁肋侧面按某种曲线线形设置预应力钢丝束。为保持曲线线形并固定钢束位置，在梁底每隔一定间距设置一个定位箍圈，或者在梁肋侧面埋设定位销。钢丝束的两端头则穿过梁端翼缘板上的斜孔伸至梁顶锚固。为了防止钢丝束锈蚀，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。

　　3、体外预应力技术的新发展和应用

　　目前国内外关于预应力技术主要的研究内容有：体外预应力混凝土结构的初始张拉力的确定与预应力损失的计算方法、非线性全过程分析方法、振动特性研究和抗震验原则与方法、耐久性设计以及维护预应力索换索等，体外预应力混凝土受弯构件的正截面破坏形态与承载力、斜截面抗剪承载力和挠度的分析计算等，体外预应力混凝土超静定结构的设计与计算，转向装置及混凝土局部承压设计，以及钢结构与索混合结构相关设计理论的研究等方面。

　　3.1体外预应力新型锚固体系发展

　　近年来设计出了一种全新概念的体外预应力锚具系统，该系统采用全密封、全绝缘锚具，管道采用高密度聚乙烯管，使得预应力钢筋与外界完全绝缘，杜绝了钢筋的电化学腐蚀，使得预应力钢筋具有非常好的防腐耐久性能。该体系较适用于重要建筑结构或者电气化铁路等带电工作的构件。

　　3.2体外应力技术在桥梁节段拼装中应用。

　　由于具有施工期间不影响道路交通的优点，近几年节段拼装工艺在城市高架道路、高架轻轨的应用日益增多。由于体外应力索可以布置在桥梁结构截面以外，减小了结构的构造尺寸，减轻了桥梁自重，从而可以使用更加轻巧的拼装架桥机进行施工；体外索也比体内索穿索更简便，缩短了施工周期。

　　3.3体外预应力钢结构应用

　　一些大跨度钢结构为了达到变形要求，往往需要将构件做得很笨重。近年来体外索与钢结构的混合结构形式获得了日益广泛的应用，这种混合结构可以弥补单纯钢结构刚度的不足，有效减小结构的挠度，较大幅度降低工程造价。

　　体外预应力技术不仅可以应用于新建工程，更适用于旧结构的改造与加固。体外预应力结构布置灵活，安全可靠特别是可以在结构正常工作情况下实现调索和换索，是其他结构形式所无法比拟的优点。

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