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摘要：随着社会的发展与进步，重视公路桥梁体外预应力加固施工技术对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍公路桥梁体外预应力加固施工技术的有关内容。
关键词 ： 公路桥梁；体外预应力；加固；施工技术；
中图分类号： U448.14 文献标识码： A 文章编号：
引言
随着我国经济的飞速发展, 公路运输量大幅度提高, 车辆载重和行车密度不断增加, 作为公路交通的咽喉, 桥梁使用功能的好坏直接影响公路交通的畅通, 其正常营运是确保交通安全的关键。然而桥梁结构由于设计过程中的历史局限或是施工过程中的初始缺陷、各种意想不到的自然灾害、自然老化, 造成现有桥梁中的相当一部分已经满足不了正常营运的要求。工程实践表明, 可采用合理可行的加固措施,提高或恢复桥梁的通行能力和承载能力, 延长其使用寿命。一般情况下, 桥梁的加固费用仅为新建桥梁费用的10% ~20%。因此, 如何选择有效的施工技术加固现有桥梁, 具有很大的经济效益。
一、体外预应力的概念及优点
1.1体外预应力的概念
体外预应力技术, 是指将预应力筋布置在结构构件截面之外的预应力技术, 是后张预应力体系的重要分支之一。采用体外预应力技术加固混凝土结构时, 体外预应力束一般采用折线形按在梁的跨中部分, 体外预应力束布置在腹板下缘, 在离支座约1 /4L 处, 束向上弯起, 锚固在梁的两端。采用体外预应力技术加固某简支梁结构的示意图如图1所示。
图1 体外预应力技术加固示意图
1.2体外预应力加固技术优点
相对于传统的体力预应力加固技术, 体外预应力加固技术有如下优点。
( 1)施工快速、简单, 无需改变加固梁截面大小, 不会增加结构自重;
( 2)在施工过程中, 无需封锁交通, 原结构仍可使用, 减少交通压力;
( 3)由于预应力束基本不占用结构空间, 不会因为预留孔的存在而降低结构的承载能力;
( 4)由于预应力筋在混凝土截面之外, 能方便检查人员对预应力束进行维护和应力检测;
( 5)体外预应力束在工厂定制, 质量有保证。
二、桥梁加固案例
本次研究的桥梁平均跨距L 在13m 的钢筋混凝土T 型梁桥。原设计荷载为汽-10 级、拖-60，因使用期间受到船体的意外撞击而出现损坏，造成部分混凝土脱落且存在不同形式的裂缝，主钢筋也面临着很大的损坏。处理这一问题时首先要凿除松散混凝土，再结合钢丝将锈全部清理干净，选择挂模浇筑C40 混凝土修补完整，接着运用施加体外预应力进行加固，再把桥梁承载能力增大到汽15 级。T 型主梁翼缘宽178cm，翼缘厚12cm，梁肋宽18cm，受拉Ⅱ级，钢筋面积为44.272cm，采用C25 混凝土，支点距转向块L3 为180cm，转向块的间距L2 为840cm，端锚固点距转向块L1 为150cm，中心轴距梁上边缘yOu 为19.14cm，中心轴距梁下边缘y0d 为60.86cm，h1 为端锚固点至中心轴距离，h2 为转向块至中心轴距离，每片T 型梁配置4 根无粘结预应力钢绞线，共16根，考虑到保证各个梁受力均匀，选择两端分2 次张拉，固定端与张拉端交叉布置，预应力钢绞线的张拉控制应力在855MPa，有效预应力为62,215MPa。
图2 跨中横向测点布置图（单位：cm）
结束桥梁加固处理之后选择前轴为55kN、后轴为155kN，对两辆载重汽车实施现场荷载试验，具体的现场布置情况见图2。深入分析主梁跨中挠度、钢筋和混凝土的应力，保证加固效果达到标准要求。部分实测结果见表1、表2。测量数据显示（表1、表2），主梁跨中挠度在5.43mm，达到桥梁施工规定中静活载挠度在（1/600）L 内的标准，校验系数η达到0.6~0.9 旧桥鉴定的标准，整体结构的抗弯刚度符合要求，满足汽-15 荷载标准运用需求。
表中，σL 是汽车荷载产生的应力；σp 是预应力产生的应力；σ是总应力。根据所得的数据分析可耻，施加预应力后会造成主梁的上边缘混凝土出现拉应力，同时下边缘混凝土形成压应力，此时上边缘混凝土总压应力值与下边缘混凝土总拉应力相对变小，钢筋的校验系数达到0.4~0.8 标准。对结构进行加固处理之后，由加固前汽-10 级荷载提高到加固后汽-15 级荷载标准，取得的加固效果尤为显著。经过荷载的鉴定显示，在汽-15 荷载标准先加固后桥梁的抗弯承载能力系数为1.51，这与工程标准要求相符合。
三、体外索加固桥梁设计方法
3.1理论依据
考虑到旧桥梁荷载加固的需要，对体外索通常选择折线形，并且需要达到梁正截面抗弯强度、抗剪强度的标准值，体外索材料多数采用了无粘结钢绞线、粗钢筋与槽钢的融合材料，在布置过程中要根据钢筋结构的实际情况运行。当体外索加固桥梁受弯构件则需根据偏心构件对梁的承载力计算；根据无粘结部分预应力混凝土结构得出在截面受弯破坏后是梁内的非预应力钢有所变化，这对于钢筋预应力大小会造成不同程度的损坏。根据加劲梁组合结构对结构受力情况合理分析。结合极限状态计算各项指标后需从整体变形协调条件对外部荷载应力状况分析。
3.2钢筋混凝土梁加固后抗弯强度验算
根据工程标准中提到的应力计算法，对荷载作用下的正截面强度严格核算，将T 型梁为例，截面内力及应力分布如图3 所示，平衡方程为：
上述式子的符号含义与桥梁规范相同，联立式（1）~（3），采用牛顿迭代法求出σc，σs，如果达到σc≤[σc]，σs≤[σs]，就表明加固后体系正截面強度达到标准要求，否则需重新设计。
图3 截面内力及应力分布
四、施工过程分析
4.1钻孔与碳纤维粘贴
进行T 型梁的腹板钻孔施工作业时应该注意防止对钢筋造成损坏，这就需要在洞口周围粘贴了30cm×30cm 碳纤维，这样可以不断增加混凝土结构的压力，防止出现各种结构质量问题。
4.2穿索与预应力张拉
施工人员要结合具体的无粘结钢绞线做好标签处理，再一根根把钢绞线穿入钢栓孔洞中，保证钢绞线所处的位置与实际需要相符。接着则要进行锚杯和夹片外螺母的安装，通过千斤顶来支撑结构后完成操作，最后实施预应力张拉的实验处理。张拉程序：0%→10%σcon（读初始伸长值并作张拉程序）0%→10%σcom（测量伸长值l3 作记录）→σcon（测量伸长值并作记录）→卸荷至零，选择一端张拉法对钢绞线在梁两侧各一根实施对称张拉，张拉过程中结合张拉力和预应力筋伸长量双重控制，同时对桥梁结构实时观察以防止出现异常问题。
张拉过程进行的控制要以张拉力为重点，采取必要的应力检测方式。初应力时量使用千斤顶活塞的伸长量l1 张拉达20%σcon 时再量取千斤顶活塞的伸长量l2，计算得出两者之间的差异则是钢索的实际推算伸长量，张拉应力达100%σcon，然后测量得出千斤顶活塞的伸长量l3，l3 与l1 之间存在的差异则是钢索的实际张拉伸长量。一般情况下，测量得到的数据和实际数据之间的差异在+10%，-5%，预应力张拉记录见表3。注：梁1#1 是1#梁张拉第一根预应力钢绞线，别的长度根据这类方法推论。计算预应力张拉的理论伸长量时需根据标准方式进行，选择平均张拉应力法即：
ΔL=FpLp/ApEp 式中，Fp 是平均张拉力；L，Ap，Ep则是预应力钢绞线计算长度、面积和弹性模量。单根钢绞线的张拉力分别是120kN（2 片中梁）、100kN（2 片边梁）；初应力取张拉力的10%，则是12kN，10kN。根据上述数据得出，在张拉过程中跨中向上挠度实测值与理论计算值相互接近，这表明得到的数据结果与实际情况相符合。
结束语
城市道路设计要从更大背景出发进行系统化的整体构思，从自然、生态、社会系统中区进行整合与综合协调，提升以道路建设为契机的周边地区全面发展的强度和持久度。只有这样，城市道路设计跳出传统的内在价值的小范围，实现可持续发展的大作为，转变道路设计观念和方法，也必将打造出一批精品工程，使我国城市道路建设走向健康、生态、和谐发展之路。
参考文献
[1]杨义渊. 桥梁维修与加固[M ]. 北京: 人民交通出版社, 1997.
[2]李国平.桥梁预应力混凝土技术及设计原理.人民交通出版社.2004.
[3]甚润水, 胡钊芳, 帅长斌. 公路旧桥加固与实例[M ] . 北京: 人民交通出版社, 2002.
关键词 ： 公路桥梁；体外预应力；加固；施工技术；
中图分类号： U448.14 文献标识码： A 文章编号：
引言
随着我国经济的飞速发展, 公路运输量大幅度提高, 车辆载重和行车密度不断增加, 作为公路交通的咽喉, 桥梁使用功能的好坏直接影响公路交通的畅通, 其正常营运是确保交通安全的关键。然而桥梁结构由于设计过程中的历史局限或是施工过程中的初始缺陷、各种意想不到的自然灾害、自然老化, 造成现有桥梁中的相当一部分已经满足不了正常营运的要求。工程实践表明, 可采用合理可行的加固措施,提高或恢复桥梁的通行能力和承载能力, 延长其使用寿命。一般情况下, 桥梁的加固费用仅为新建桥梁费用的10% ~20%。因此, 如何选择有效的施工技术加固现有桥梁, 具有很大的经济效益。
一、体外预应力的概念及优点
1.1体外预应力的概念
体外预应力技术, 是指将预应力筋布置在结构构件截面之外的预应力技术, 是后张预应力体系的重要分支之一。采用体外预应力技术加固混凝土结构时, 体外预应力束一般采用折线形按在梁的跨中部分, 体外预应力束布置在腹板下缘, 在离支座约1 /4L 处, 束向上弯起, 锚固在梁的两端。采用体外预应力技术加固某简支梁结构的示意图如图1所示。
图1 体外预应力技术加固示意图
1.2体外预应力加固技术优点
相对于传统的体力预应力加固技术, 体外预应力加固技术有如下优点。
( 1)施工快速、简单, 无需改变加固梁截面大小, 不会增加结构自重;
( 2)在施工过程中, 无需封锁交通, 原结构仍可使用, 减少交通压力;
( 3)由于预应力束基本不占用结构空间, 不会因为预留孔的存在而降低结构的承载能力;
( 4)由于预应力筋在混凝土截面之外, 能方便检查人员对预应力束进行维护和应力检测;
( 5)体外预应力束在工厂定制, 质量有保证。
二、桥梁加固案例
本次研究的桥梁平均跨距L 在13m 的钢筋混凝土T 型梁桥。原设计荷载为汽-10 级、拖-60，因使用期间受到船体的意外撞击而出现损坏，造成部分混凝土脱落且存在不同形式的裂缝，主钢筋也面临着很大的损坏。处理这一问题时首先要凿除松散混凝土，再结合钢丝将锈全部清理干净，选择挂模浇筑C40 混凝土修补完整，接着运用施加体外预应力进行加固，再把桥梁承载能力增大到汽15 级。T 型主梁翼缘宽178cm，翼缘厚12cm，梁肋宽18cm，受拉Ⅱ级，钢筋面积为44.272cm，采用C25 混凝土，支点距转向块L3 为180cm，转向块的间距L2 为840cm，端锚固点距转向块L1 为150cm，中心轴距梁上边缘yOu 为19.14cm，中心轴距梁下边缘y0d 为60.86cm，h1 为端锚固点至中心轴距离，h2 为转向块至中心轴距离，每片T 型梁配置4 根无粘结预应力钢绞线，共16根，考虑到保证各个梁受力均匀，选择两端分2 次张拉，固定端与张拉端交叉布置，预应力钢绞线的张拉控制应力在855MPa，有效预应力为62,215MPa。
图2 跨中横向测点布置图（单位：cm）
结束桥梁加固处理之后选择前轴为55kN、后轴为155kN，对两辆载重汽车实施现场荷载试验，具体的现场布置情况见图2。深入分析主梁跨中挠度、钢筋和混凝土的应力，保证加固效果达到标准要求。部分实测结果见表1、表2。测量数据显示（表1、表2），主梁跨中挠度在5.43mm，达到桥梁施工规定中静活载挠度在（1/600）L 内的标准，校验系数η达到0.6~0.9 旧桥鉴定的标准，整体结构的抗弯刚度符合要求，满足汽-15 荷载标准运用需求。
表中，σL 是汽车荷载产生的应力；σp 是预应力产生的应力；σ是总应力。根据所得的数据分析可耻，施加预应力后会造成主梁的上边缘混凝土出现拉应力，同时下边缘混凝土形成压应力，此时上边缘混凝土总压应力值与下边缘混凝土总拉应力相对变小，钢筋的校验系数达到0.4~0.8 标准。对结构进行加固处理之后，由加固前汽-10 级荷载提高到加固后汽-15 级荷载标准，取得的加固效果尤为显著。经过荷载的鉴定显示，在汽-15 荷载标准先加固后桥梁的抗弯承载能力系数为1.51，这与工程标准要求相符合。
三、体外索加固桥梁设计方法
3.1理论依据
考虑到旧桥梁荷载加固的需要，对体外索通常选择折线形，并且需要达到梁正截面抗弯强度、抗剪强度的标准值，体外索材料多数采用了无粘结钢绞线、粗钢筋与槽钢的融合材料，在布置过程中要根据钢筋结构的实际情况运行。当体外索加固桥梁受弯构件则需根据偏心构件对梁的承载力计算；根据无粘结部分预应力混凝土结构得出在截面受弯破坏后是梁内的非预应力钢有所变化，这对于钢筋预应力大小会造成不同程度的损坏。根据加劲梁组合结构对结构受力情况合理分析。结合极限状态计算各项指标后需从整体变形协调条件对外部荷载应力状况分析。
3.2钢筋混凝土梁加固后抗弯强度验算
根据工程标准中提到的应力计算法，对荷载作用下的正截面强度严格核算，将T 型梁为例，截面内力及应力分布如图3 所示，平衡方程为：
上述式子的符号含义与桥梁规范相同，联立式（1）~（3），采用牛顿迭代法求出σc，σs，如果达到σc≤[σc]，σs≤[σs]，就表明加固后体系正截面強度达到标准要求，否则需重新设计。
图3 截面内力及应力分布
四、施工过程分析
4.1钻孔与碳纤维粘贴
进行T 型梁的腹板钻孔施工作业时应该注意防止对钢筋造成损坏，这就需要在洞口周围粘贴了30cm×30cm 碳纤维，这样可以不断增加混凝土结构的压力，防止出现各种结构质量问题。
4.2穿索与预应力张拉
施工人员要结合具体的无粘结钢绞线做好标签处理，再一根根把钢绞线穿入钢栓孔洞中，保证钢绞线所处的位置与实际需要相符。接着则要进行锚杯和夹片外螺母的安装，通过千斤顶来支撑结构后完成操作，最后实施预应力张拉的实验处理。张拉程序：0%→10%σcon（读初始伸长值并作张拉程序）0%→10%σcom（测量伸长值l3 作记录）→σcon（测量伸长值并作记录）→卸荷至零，选择一端张拉法对钢绞线在梁两侧各一根实施对称张拉，张拉过程中结合张拉力和预应力筋伸长量双重控制，同时对桥梁结构实时观察以防止出现异常问题。
张拉过程进行的控制要以张拉力为重点，采取必要的应力检测方式。初应力时量使用千斤顶活塞的伸长量l1 张拉达20%σcon 时再量取千斤顶活塞的伸长量l2，计算得出两者之间的差异则是钢索的实际推算伸长量，张拉应力达100%σcon，然后测量得出千斤顶活塞的伸长量l3，l3 与l1 之间存在的差异则是钢索的实际张拉伸长量。一般情况下，测量得到的数据和实际数据之间的差异在+10%，-5%，预应力张拉记录见表3。注：梁1#1 是1#梁张拉第一根预应力钢绞线，别的长度根据这类方法推论。计算预应力张拉的理论伸长量时需根据标准方式进行，选择平均张拉应力法即：
ΔL=FpLp/ApEp 式中，Fp 是平均张拉力；L，Ap，Ep则是预应力钢绞线计算长度、面积和弹性模量。单根钢绞线的张拉力分别是120kN（2 片中梁）、100kN（2 片边梁）；初应力取张拉力的10%，则是12kN，10kN。根据上述数据得出，在张拉过程中跨中向上挠度实测值与理论计算值相互接近，这表明得到的数据结果与实际情况相符合。
结束语
城市道路设计要从更大背景出发进行系统化的整体构思，从自然、生态、社会系统中区进行整合与综合协调，提升以道路建设为契机的周边地区全面发展的强度和持久度。只有这样，城市道路设计跳出传统的内在价值的小范围，实现可持续发展的大作为，转变道路设计观念和方法，也必将打造出一批精品工程，使我国城市道路建设走向健康、生态、和谐发展之路。
参考文献
[1]杨义渊. 桥梁维修与加固[M ]. 北京: 人民交通出版社, 1997.
[2]李国平.桥梁预应力混凝土技术及设计原理.人民交通出版社.2004.
[3]甚润水, 胡钊芳, 帅长斌. 公路旧桥加固与实例[M ] . 北京: 人民交通出版社, 2002.