高速公路桥梁维修加固中预应力加固技术运用

高速公路桥梁维修加固中预应力加固技术运用
摘要：预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件或整体进
行加固的方法，特点是通过预应力手段强迫后加部分一拉杆或撑杆受力，改变原
结构内力分布并降低原结构应力水平，致使一般加固结构中所特有的应力应变滞
后现象得以完全消除，因此，后加部分与原结构能较好地共同工作，结构的总体
承载能力可显著提高。

本文根据作者多年工作经验，对预应力加固技术在高速公
路桥梁维修加固中运用进行了阐述和分析，供大家参考和借鉴。

关键词：高速公路；桥梁维修加固；预应力加固技术；运用
1、引言
预应力加固法具有加固、卸荷、改变结构内力的三重效果，适用于大跨结构
加固，以及采用一般方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力应变状态下的
大型结构加固。

体外预应力就是设置在混凝土体外的预应力筋给混凝土施加的预
应力。

体外预应力混凝土也称无粘结预应力混凝土，是一种预应力筋直接设置在
体外，或者预应力筋设置在混凝土体内，但无需进行孔道灌浆的无粘结预应力混
凝土。

它与预应力混凝土的区别在于预应力筋与混凝土的无粘结性。

自20 世纪
80 年代开始，无粘结预应力混凝土在我国房屋建筑中得到广泛的应用，后来逐渐
被应用于桥梁结构中。

体外预应力技术由于具有施工方便、经济可靠，预应力筋（束）可以单独防
腐甚至可以更换等特点，近年来，已被广泛应用于旧桥的加固工程中。

众多的工
程实践证明，利用体外预应力加固旧桥，能显著提高结构承载力和抗裂度，有效
改善结构的应力状态。

2、高速公路桥梁预应力加固技术的工作原理及加固方法
2.1工作原理
预应力加固技术不同于广义的预应力技术，它只是将后张法的体外预应力技
术用于结构加固，属于部分预应力，不是全预应力。

其工作原理是为了抑制现有
结构的某一部分继续变形与裂缝，或者约束已有变形或裂缝使之恢复或闭合，以
保持结构的整体性；也为了防止某一部位可能产生新的拉应力引起新的裂缝。

其
具体措施是：给需要考虑加固的结构部位施加部分预压应力，以消除结构内可能
产生的拉应力，抑制裂缝，并达到整体加固的目的。

2.2体外预应力加固的方法及适用范围
（1）直线式拉杆适用于正截面受弯承载能力不足的加固。

（2）折线式拉杆适用于斜截面受剪承载力及正截面受弯承载力均不足以及连续梁的加固。

（3）曲线式拉杆也适用于斜截面受剪承载力及正截面受弯承载力均不足以及连续梁的加固。

3、桥梁体外预应力加固技术优缺点分析
3.1体外预应力的优点
简化预应力筋曲线，预应力筋仅在错固处和转向处与结构相连，减小摩阻损失，提高预应力使用效率。

预应力布置灵活，根据桥梁病害可以全桥加固也可以
进行局部加固。

锚固构件尺寸小，自重增加少，可有效的大幅提高结构承载能力。

与原结构无粘结，应力变化值小，对结构受力有利体外索可调可换，便于使用期
间进行维护。

3.2体外预应力的缺点
体外索布置在截面外，防腐、保护相对较困难，易受外界影响。

错固及转向
区域容易产生应力集中，局部应力大，对锚固施工要求高。

体外索张拉力较小，
不能充分发挥体外索强度高的优点，对锚具及夹片的要求很高。

体外预应力筋的
变形和混凝土的变形不一致容易造成预应力损失。

4、高速公路桥梁维修加固中预应力加固技术运用
4.1预应力加固组成
（1）锚具
体外预应力体系仅靠锚固端传力，因此体外预应力锚固体系的可靠性和安全
性比般体内预应力锚固体系要高，需使用专用的体外索锚具和夹片。

体外预应力
的锚具的外观尺寸较普通锚具更大，且还增加了些辅助配件，如密封装置、防松
装置防护装置等。

（2）体外索
体外索主要有光面钢绞线、无粘结钢绞线、平行钢丝、成品索等类型。

体外
索较多采用无粘结钢绞线，环氧喷涂带PE的单根钢绞线具有良好的耐腐蚀性能，具有很好的适用性，目前广泛适用在桥梁加固中。

（3）锚固块及转向块
体外预应力体系仅靠锚固块及转向块传力，锚固块和转向块必须和原结构有
效连接，传递应力，锚固块及转向块一般采用钢筋混凝土结构和钢结构型式。

张
拉力大的锚固块均采用钢筋混凝土形式钢锚固块适合施工空间开阔且应力较小的
小型锚固块。

（4）减振装置
体外预应力体系的减振装置用于转向块与转向块或者锚固块与转向块之间的
体外索自由长度较大的位置，主要目的是减少体外索在动荷载作用下的振动。

减
振装置多为内包橡胶的小型钢结构，通过种植螺栓与原桥相联系。

（5）施工机具
体外索的张拉机具根据张拉的要求分单孔千斤顶和整孔千斤顶。

单孔千斤顶
用于施工空间狭小或单孔分丝张拉的体外索，整体千斤顶用于整体张拉的体外索。

漂浮张拉体系
4.2桥梁维修加固中预应力加固技术运用
（1）T梁腹板索
在T梁腹板两侧对称布设体外素。

在T梁的梁端腹板加厚段设置张拉构件，
在T梁的中横隔梁钻孔作为体外束的转向装置。

张拉端采用钢锚箱的结构形式。

利用结构胶及8.8级高强螺栓固定在T梁腹
板上。

转向装置也采用钢结构。

特点：T梁腹板索施工较为简单，注意穿索过程中对成品索的保护，注意监
控张拉过程中钢锚固块及转向块与原结构锚固位置的受力。

由于锚固块及转向块
全部为钢结构，受锚固块的重量及安装空间的限制，安装难度较高，且只能适用
于张拉力较小的体外索。

此种体外索我们公司在吉林某松花江大桥加固施工中成
功使用。

（2）箱梁腹板索
在箱梁腹板新增截面内增加预应力。

新增腹板通过种植钢筋、浇筑新增混凝
士的方式将预应力传递原桥箱梁。

体外索采用普通光面钢绞线，张拉强度可以取
材料强度的70%。

腹板索是最有效的外索加固方式体外索可以连续通长布设，也
可以仅在病害严重位置局部进行布设。

新增腹板截面内的预应力严格意思上是种体内索，具有造价低，效果显著等
众多优点，近期得到了较为广泛的应用。

目前已经成功的在安徽芜湖、广东深圳
等多座30-50m跨度连续箱梁桥中成功使用这种加固方法，并取得了不错的效果（3）箱梁底板索
在一些特殊结构的桥梁中，使用了一些相对效率不是很高的底板索。

底板索
不需设置转向块，顺桥向在病害严重的底板顶面布设。

施工较为简单，质量较为
得到保证。

但是受布索位置的限制对结构的加固效果没有其它结构形式的体外索
有效。

（4）箱梁顶板索
箱梁顶板索是一种应用较为广泛的体外索布设形式。

体外索布置在箱内顶板，经转向器（分丝/整体）和预埋钢管穿过转向块，
达到转向和传力的目的，通过锚固块锚固，张拉完成后成空间曲线。

特点：顶板索可以在箱梁顶板靠近横隔板的位设置大尽寸的固块，张拉太吨
位的预应力，可以很好的改善桥梁的工作。

目前已经在长江、珠江及黄河上多座
大跨度连续刚构桥中成功使用顶板索。

5、结束语
体外预应力技术不仅可以应用于新建工程，更适用于旧桥结构的改造与加固。

体外预应力结构布置灵活，安全可靠，施工方便，可以大幅有效的提高桥梁承载
力特别是在结构可以正常工作情况下实现调索和换索，是其他加固方式所无法比
拟的优点。

体外预应力技术在新时期的桥梁建设及加固过程中得到了广泛的应用，取得了良好的社会和经济效益。

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