体外预应力加固

4.体外预力筋加固设计原理和方法
体外预应力桥梁的重新发展，得益于体外预应力加固技 术的完善。
体外预应力加固技术的特点： 1.主动的结构增强技术; 2.提高极限承载能力; 3.改善结构正常使用状态。
关键技术 — 新老混凝土的联结、传力构造
4.1 体外预力筋加固方法
体外预应力加固是指运用预应力原理，在增设构件或原有构件 中，施加了一定初始应力（预应力）的一种加固方法。 ① 水平筋和斜筋由二根粗钢筋组成。斜筋与滑块固定，通常张拉水平 筋牵动斜筋受力。斜筋上端可以锚固在梁顶，图a；亦可锚固在腹 板上，图b。 ② 水平筋和斜筋由一根钢索组成，一般用钢丝绳、钢丝束或钢绞线， 可用手动葫芦张拉水平筋，图c，亦可用千斤顶张拉斜筋，图d。 ③ 斜杆采用刚度较大的槽钢并与楔型滑块构成一体，水平筋可用粗钢 筋、钢丝绳、钢绞线或高强钢丝束。采用张拉水平筋的方式对梁体 施加预应力。
加工好体外预应力筋、准备好锚固用器材和施 加预应力的机械设备，需要在锚固端设置横梁来 锚固体外预应力筋，制备用来粘贴锚固和支承钢 垫板的高强粘结剂，设置锚固点，锚栓孔打眼。
6.3 滑块及垫板施工
根据放样的转向块位置，将转 向块部位的混凝土凿除2cm左右， 涂环氧胶液后用环氧砂浆找平， 把支承板粘贴在转向点。转向块 需设置锚栓锚固，以确保安全。
6.4 预应力筋的安装及张拉
检查完施工机具和预应力锚具、 夹具后，按照加固设计，安装预 应力筋。张拉程序为：
初张力(10%)→逐步加力直到超张 拉(105%)→稳压两分钟后降回设 计预拉力(100%)→锚固→卸顶
6.5 防腐处理
加固体系中的主要铁件如水平筋、 斜筋、钢丝束、滑块（支承座）、 垫板、锚固座等均应进行防腐处 理。高强钢丝、钢绞线应采用热 挤PE套管防腐。防腐工作应尽可 能在施工准备阶段完成，条件不 具备时也要在预应力张拉后尽早 完成。
体外索加固体系
预应力撑杆加固
梁顶锚固端构造（上锚固端侧视）
钢销锚固构造
摩擦－粘结锚固构造
4.2 体外预力筋加固机理
通过在梁体外布设钢材的拉杆或撑杆，并与被加固的梁体 锚固联结，然后施加预应力，强迫后加的拉杆或撑杆受力，从 而改变原结构的内力分布，并降低原结构应力水平，使结构总 承载力显著提高，且可减少结构的变形、裂缝宽度缩小甚至完 全闭合。
4.4 体外预力筋加固设计步骤
(1) 计算求出被补强构件提高荷载等级前所受荷载及其引起的内力， 包括恒载和活Байду номын сангаас内力。
(2) 计算提高荷载标准后的活载内力，并由恒载与活载的组合来验算 加固的必要性。
(3) 由上面两项之差得出内力的提高值(即需补强加固的抵抗力矩及剪 力等)，估算出补强拉杆应有的横截面面积。
4.3 体外预力筋加固内力分析
(1) 采用预应力拉杆加固钢筋混凝土梁式桥，张拉预应力如同外力一 样作用在原梁上，起到卸荷作用；
(2) 体外预应力筋和原梁体的联结方式对梁体的承载力有重要影响； (3) 一般加固梁中受拉钢筋的应力已较高，梁的挠度也较大，裂缝也
较宽，因而对加固拉杆施加的预应力值越高，越能改善被加固梁 的受力状态，故加固拉杆张拉控制应力宜定得高些? (4) 预应力加固与一般预应力混凝土梁的预应力损失计算是有区别的， 同时，必须考虑预留构造措施，以便在使用过程中及时调整加固 件的工作应力水平。
体外预应力加固法
体外预应力加固法
1 优缺点及适用条件
1.1.1 预应力加固方法的优点
（1）施工工艺简单、干扰交通少、所需设备简单、人力 投入少、工期短、经济效益明显。
（2）能较大幅度提高或恢复桥梁的承载能力。 （3）对原结构损伤小，可以做到不影响桥下净空、不增
加路面标高。 （4）还能改善结构的正常使用极限状态。 （5）恒载增加较少 （6）易安装、检查和拆换
5.4 转向块
转向块又称竖向支撑。当斜筋 与水平钢筋非同一根钢筋时，通 过转向块使两者连接为一体。当 斜筋与水平筋为同一根钢筋时， 体外力筋通过转向块转向。
体外预应力索布置
正弯矩索转向块（未穿索）
正弯矩索转向块（已穿索）
负弯矩索转向块（已穿索）
张拉端
体外预应力CFRP索加固
➢ 锚固体系在研制、完善中
1.1.2 预应力加固方法的缺点
（1）对原结构有损伤，对原结构的要求高。转向块和锚 固点存在着巨大的集中力，受力比较复杂。
（2）预应力筋布置在梁截面外部，易受环境（如温度、 酸性气体等）的影响。
（3）预应力效应不如体内钢束（其线形较差） （4）可能会因为延性不足而突然失效。
1.2 预应力加固方法的适用条件
➢ CFRP片抗剪辅助加固
6.施工工序
6.1 原梁体钢筋位置探测
体外索加固施工时需对上锚固点，滑块垫板及 跨中预应力钢筋固定支座的位置进行准确的放样 定位。由于梁的顶板和腹板中均有钢筋存在，特 别是受力钢筋，一般要适当调整以避开这些钢筋。 位置调整后应对体系重新进行检算。
6.2 加固材料及施工现场准备
5.3 锚固点或锚固横梁 根据锚固位置和锚固方法的不同，
锚固点的构造是不同的，加固设计 时，应当根据被加固梁的实际情况 作个别设计。 锚固位置破坏的案例：
桥下净空5m，桥面净宽9m，原为1-21米钢筋混凝土T形梁 桥，2014年曾进行体外预应力加固施工，现该桥的桥东2号、 3号、4号、及桥西2号、3号预应力钢筋锚固段混凝土块开裂， 有滑动迹象。
7 评述
体外预应力加固法是一种主动 加固法，能较大幅度的提高构件 的承载能力，且施工简单、方便， 在加固方法选择过程中，宜优先 考虑。
(6) 计算确定施工中控制张拉时需要的控制量。
5. 构造措施
5.1 平筋
亦称水平拉杆，多由高强螺纹 粗钢筋、钢丝束或钢绞线组成， 其作用是在梁受拉部位施加纵向 预应力，从而使梁截面承载能力 提高。
5.2 斜筋
斜筋亦称为斜杆，多由高强粗钢 筋或槽钢做成。斜杆一端通过转 向块与水平筋连接，一端锚固于 梁端上部或梁端腹板处。斜杆的 作用是提供梁端部位的负弯矩和 预剪力。
（2）由于预应力筋转向块和锚固点存在着巨大的 集中力，这一区域的受力比较复杂。
（3）由于预应力加固梁桥时预应力筋布置在梁截 面外部，易受环境（如温度、酸性气体等）的影 响。
3.力学特点
预应力加固方法实际上是使被加固结构成为一个 带柔性拉杆的超静定结构，与其他预应力结构或其 他加固方法不同的是：加固前桥梁所受荷载由恒载 和活载组成，预应力筋的张拉控制值是在上部结构 的恒载作用下读取的，即带载加固。因此在计算预 应力筋荷载作用下的应力增量时，应仅考虑活载的 作用。根据上述受力特点，可将预应力加固梁桥结 构分为施加预应力与活载作用两个阶段进行受力分 析。
（1）适用于正截面受弯承载能力不足或正截面受 拉区钢筋锈蚀的情况。
（2）适用于梁抗弯刚度不足导致的梁挠度超过规 范或由于刚度太小导致梁的受拉区裂缝宽度超 过规范规定的情况。
（3）适用于梁斜截面受剪承载能力不足的情况。
2. 附加影响
（1）预应力加固法，实际上是改变了梁体原有受 力体系，结构加固以后，新的受力体系在荷载作 用下的力学行为与原来的结构是有差异的。预应 力加固完成后，由于预应力的作用，原来的受力 结构会出现不同程度的卸载现象，导致原结构发 生内力重分布。
(4) 计算和确定拉杆所必需的张拉力与伸长量。在由拉杆和被加固梁 组成的超静定结构体系中，拉杆产生的作用效应增量，可按结构 力学的方法进行分析，荷载的综合效应等于各种荷载分别作用时 的效应迭加。
(5) 承载力验算。验算被加固梁在跨中和支座截面的偏心受压承载力， 以及支座至拉杆弯折处或支座附近的斜截面承载力。