简支T梁体外预应力加固技术应用

付忠安+王小平+顾亮

摘 要：文章结合某桥梁加固工程实例，对T梁结构进行验算分析，介绍了体外预应力加固技术在加固简支T梁结构中的运用。以期为类似加固工程的设计和施工积累经验。

关键词：体外预应力；简支T梁；旧桥加固

中图分类号：U445 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）23-0174-04

1 概述

预应力加固法有体外预应力加固法和体内预应力加固法，体外预应力是将预应力钢材布置在原加固构件的混凝土体外，或是为了保护预应力钢材，张拉后浇筑勘喷射混凝土覆盖。体外预应力加固技术是在体外预应力技术日趋成熟的基础上开始逐步应用于旧桥加固，体外预应力加固技术的实质是以粗钢筋、钢绞线或高强钢丝作为施力工具，对桥梁上部结构施加体外预应力，以预应力产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，从而改善结构的受力状况，增大结构的刚度，闭合或减小裂缝，以提高结构或构件的抗弯和抗剪能力。

2 外预应力加固原理

体外预应力结构设计理论与传统的体内预应力混凝土结构构件具有共性，由于体外预应力的作用，使其又具特殊性。体外预应力结构的受力特性与无粘结预应力结构之间的本质差别在于预应力筋和混凝土构件之间的协调工作程度不同。

3 旧桥概况

旧桥始建于1982年5月，于1984年9月建成通车，设计荷载等级为汽车-20级、挂车-100，人群荷载为3.5kN/m2，两端桥头现设20t限载标志牌。每跨上部结构均由8榀预应力混凝土T梁组成，梁高均为2.4m，梁间中心距为2.4m，相邻T梁间采用0.6m宽的现浇湿接带，每跨主梁间均设7道横隔梁，相邻两横隔梁间中心距为6.48m。全桥桥面总宽为20.8m，改建后旧桥桥面宽度为20m。

在桥梁拓宽后，旧桥的受力状态发生变化，无法满足原设计荷载等级要求。经检测，大桥技术状况总体评定为B级（良好状态），能满足现有交通功能要求，因此经过专家评审会讨论，建议改造加固后的桥梁维持原有荷载设计标准，不宜提高设计荷载等级。

4 计算分析

4.1 主体结构

整体计算采用midas/civil2011 V7.9.0版进行计算。在实际建模中，对主梁和横梁离散成梁单元进行计算，整个计算模型共393节点，444个单元，如图2所示。计算采用KN、m制，应力单位为MPa，截面有效宽度参照JTG D62-2004的第4.2.3条规定计算。

计算模型共分5个施工阶段及1个运营阶段（详见下表1）。

T梁体外束加固规格及张拉应力见表2所示。

经计算，计算结果均满足规范要求。

4.2 体外束转向块细部构造承载能力计算

4.2.1 转向装置作用效用取值计算

根据《加固设计规范》计算转向装置的作用效应设计值时，不考虑可变荷载应力增量的影响，取永存预加力Npe，e，荷载分项系数取1.3。承受空间体外预应力作用的转向装置，在极限状态下其作用的水平和竖向力设计值Nhd和Nvd由下式确定。

式中：Nhd为转向装置的水平作用设计值，即体外预应力束张拉时对转向装置的合力在水平面的分力设计值；

Nvd为转向装置的竖向作用设计值，即体外预应力束张拉时对转向装置的合力在竖直方向的分力设计值；

Np，e为体外预应力束的永存预加力，其值为Np，e=σpe，eAp，e；计算时偏安全考虑取张拉设计值Npe=1209*140*3=508kN；

θe为体外预应力束在竖直平面内的弯起角度；计算时θe=4°；

βe为体外预应力束在水平面内的弯转角度；计算时βe=0；

σpe，e为体外预应力束的永存预应力；

Ap，e为体外束的截面面积。

由上式可得Nhd=1.3*508*（1-0.997564）=1.6kN；Nvd=1.3*50

8*0.069756=46.1kN。

4.2.2 固定钢板焊缝计算

作用于焊缝上的作用力为N=Nvd=46.1kN，弯矩M=46.1*0.09=4.2kN·m

焊缝强度满足结构安全承载要求。

4.2.3 螺栓抗剪计算

螺栓直径16mm，单个螺栓的受剪承载能力：

螺栓抗剪承载能力满足结构安全要求。

5 其余加固及耐久性修复措施

5.1 桥面系

凿除全桥桥面铺装、两侧栏杆和人行道，重新铺筑桥面铺装，横坡设为单向坡，坡度为0.65%，改造后旧桥桥面采用厚0.08-0.191m钢筋混凝土层+0.1m沥青混凝土。为保证桥面铺装与T梁工作的整体性，在T梁腹板和横隔梁上种植结合面钢筋，纵横交错布置。新旧桥在纵向接缝处设置纵向伸缩缝，且在相接的旧桥翼板底面增设不锈钢板滴水槽。

5.2 耐久性修补

对全桥两侧边梁与中梁间翼缘、T梁腹板和湿接带、人行道下方悬臂板底面泛白、泛碱处，刷洗干净后，涂刷两遍水泥基渗透结晶型浆料进行耐久性防护。

对全桥局部钢筋锈胀、混凝土破损处，先凿除锈胀和破损处疏松的混凝土，对钢筋彻底除锈并清理干净后，采用聚合物修补砂浆予以修复。

6 施工要点

为保证体外预应力加固时预应力的施工质量，对整个施工工艺及要点提出了具体要求。

6.1 预应力施工流程（如图4）

6.2 关键施工要点

6.2.1 基础要点

首先旧桥采用高寒地区相对比较适用的Q345D钢材，螺栓采用采用8.8级高强螺栓。锚固齿板、转向装置、定位装置加工应符合设计要求，尤其是焊接质量均要求I级焊缝。张拉千斤顶在使用前送国家标准计量部门进行校验，在施工过程中，根據工程师的指示，顶起送去校验，以保证张拉吨位的正确性，同时进行标定，确定张拉力和压力表读数的关系曲率。endprint

6.2.2 线性控制

钢束定位严格按照图纸数据定位。采用钢筋探测仪或钢筋位置探测主梁钢筋及钢绞线布置位置，避开主筋及钢绞线选择合理的位置。采用预穿PE管鉴证线性质量。

6.2.3 钢板及植筋连接部分质量控制

（1）严格按照放样位置打孔。

（2）梁体表面打磨并清理干净，尤其要保证表面平顺，方便粘贴与螺栓加固。

（3）钢板之间的连接均采用焊接连接，焊缝均属于Ⅰ类焊缝，焊缝厚度应保证10cm。

（4）转向钢管、转向钢管与固定钢板之间均采用焊接连接，为防止钢管变形，螺栓位置处主梁与钢板密实。

（5）锚固齿板粘贴处要凿出1cm保护层，然后将锚固块嵌入，并且要求表面清理干净。

（6）锚固齿板、定位装置、转向装置钢板与梁体采用对拉高强螺栓进行紧固连接。

（7）M16化学螺栓种植深度不小于16cm。

6.2.4 体外预应力钢绞线质量控制要点

（1）无粘结环氧喷涂带PE的预应力钢绞线由环氧喷涂钢绞线、防腐油脂层、单根小PE管、大PE保护管等组成，钢绞线下料长度已计入张拉工作长度。

（2）在体外预应力钢束安装过程中注意对外包PE塑料管的保护，不允许直接在地上拖动，下面最好有拖轮支撑，以免塑料管损伤。将锚固处的每股钢绞线打散，进行剥皮、去油清洗处理。

（3）钢绞线下料长度包括张拉时的工作长度，下料用砂轮切割机切割。将下料的钢绞线按设计图纸规定的股数理直、编束、编号并绑扎牢固，防止互相绞缠。体外预应力钢绞线穿束时应外包白色PE管。定位钢管于PE套之间需密封胶圈，必要时采取专业接口。

（4）工作锚的夹片必须保持清洁和良好的润滑状态。安装锚具前，应将钢绞线表面粘着的异物用钢丝刷前清除，安装锚具时，应注意工作锚板与工具锚板对中，夹片均匀打紧并外漏一致。

（5）张拉顺序桥中间一跨向桥两边对称张拉。预应力钢绞线张拉采用张拉力与伸长值双控方法：在确定张拉力的同时，校验预应力钢绞线的伸长值，预应力钢绞线的实际伸长值宜在初应力为10%时开始量测，但必须加上初应力以下的推算伸长值，并扣除混凝土构件在张拉过程中的弹性压缩量。

（6）张拉时左右对称张拉钢束，两端同时张拉。张拉质量要求：每束钢绞线断、滑丝不超过1跟，且每个截面断丝之和不超过该截面钢丝总数的1%；实际张拉伸长量和理论伸长量之间的误差不大于±6%。

（7）张拉程序，预应力张拉前应用0.10σK张拉一次，在开始测伸长量。张拉顺序：0→初应力→σK（锚下张拉控制应力）→持荷5分钟→锚固。施工单位根据经验在张拉时计入锚口损失的影响，但施工中任何情况下，最大张拉控制应力不得大于0.8fpk。

（8）张拉完毕确认合格后，钢齿板中钢绞线落露部分加罩齿板外罩，并向齿板注油孔注入黄油防止钢绞线锈蚀。按照设计图纸要求，沿桥纵向每隔1.5m将钢束与梁体进行稳固连接。

7 体外预应力施工过程中相关的保护措施

（1）进行齿板、转向防护钢板和钢板的试安装，并确定对拉螺栓和膨胀螺栓的位置，然后进行钻孔和清孔工作。钻孔完毕要尽快进行下一道工序，防止钻孔后梁体在长汽车荷载作用下产生破坏。

（2）安装齿板，转向防护钢板和定位装置钢板.进行精确定位，不得损伤原桥的钢筋及钢绞线。

（3）在对钢板进行高强螺栓对托时，对托螺栓要加结构胶井穿过梁体。

（4）对钢板进行紧同时，螺母后加垫方形斜垫，要证紧周螺母完全贴实钢板，并沿桥纵向每隔1.5m将PE管与梁体进行牢固连接。待粘贴齿板和转向防护钢板的粘钢胶完全凝固后，张拉钢绞线。

（5）张拉完毕，切除多余钢绞线，加盖锚具防护罩，并通过注油槽注入黄油，防止锚具及钢筋锈蚀。

（6）齿板和转向装置的外露钢板在安装前应打磨并涂刷防锈漆，在预应力钢束张托完成后，安装防护外罩并注入黄油，并对所有外露钢板在涂刷两遍防锈漆。

8 结束语

随着我国经济和交通基础建设的发展，将有越来越多尚有使用价值的桥梁面临拓宽、加固等改造工程。采用体外预应力体系加固简支体系桥梁是一种比较合理和经济的加固方法。上述桥梁的加固工程已经施工完毕，且取得了良好的加固效果。该加固工程的完成为今后此类工程的加固设计和施工提供了宝贵的经验和技术参考。

参考文献：

[1]朱典文，唐小兵，張万平.桥梁结构的体外预应力加固技术[J].交通科技，2002（6）.endprint