体外预应力技术在梁式桥梁加固中的应用

蒋伍林

摘要：桥梁工程是十分重要的交通枢纽，随着桥梁工程使用年限的增加，容易出现刚度不足、承载力降低等问题，对此，在桥梁工程施工中，需选择有效的加固施工技术，其中，体外预应力技术的加固效果比较好。本文首先对体外预应力技术结构进行介绍，然后对体外预应力加固技术的优点进行分析，并对梁式桥梁工程施工中体外预应力技术的应用要点进行详细探究，以期为实际工程提供借鉴。

关键词：梁式桥梁;体外预应力技术;结构体系

中图分类号：U445.72                                        文献标识码：A

体外预应力施工技术属于后张预应力系统，在体外预应力施工中，需在轴承结构主体外部拉伸的钢筋进行预应力施工。梁式桥梁工程施工通过应用体外预应力技术，能够有效提升混凝土结构强度，桥梁工程受到体外预应力钢筋所施加的压力后，弯矩即可产生横截面拉应力，能够有效抵消桥梁工程受力，进而提升桥梁工程承载力。[1]因此，本文将对体外预应力技术在梁式桥梁工程施工中的应用方式进行深入研究。

1 体外预应力技术结构

1.1 体外预应力梁

在梁式桥梁工程施工中，体外预应力加固施工需在桥梁工程整体结构以外设置加固结构，通过利用多根绞线，即可达到良好的加固效果。在体外预应力施工中，可在桥梁工程侧梁下半部分设置体外预应力钢丝索，同时需安装连接构件，使得各类结构形成一个整体，进而提升桥梁工程结构的稳定性。体外预应力梁结构如图1所示。

1.2 体外预应力技术体系

体外预应力技术体系可分为两种类型：第一，无粘结体外预应力体系;第二，有粘结体外预应力体系。其中，无粘结体外预应力体系是由单根无粘结筋平行组成的，并深入至HDPE管，通过应用灌浆施工技术，即可有效固结无粘结钢筋。在粘结体外预应力体系施工中，在钢管中设置钢纹线孔道能够产生张力作用，强度较高，利用水泥材料进行灌注施工后，即可达到良好的加固效果。

2 体外预应力加固技术的优点

在桥梁工程施工中，与传统的预应力加固施工技术相比，体外预应力技术的加固效果更好，能够有效提升基础结构、建筑材料的荷载重力反应，被广泛应用于各类重力结构中，可提高桥梁工程结构件基础承载能力，避免结构形变，保证桥梁工程结构稳定性。在体外预应力技术的应用中，无须应用内部管道加固方式，在外力结构支撐作用下，即可达到良好的结构加固效果，提升施工材料之间的结合效果，同时使安装施工方式便捷，提升张拉施工效果，无须应用大型机械设备即可完成相关作用。[2]体外预应力技术主要被应用于较短桥梁工程施工中，在较短时间内即可达到良好的加固效果，并且施工成本较低。

体外预应力施工技术的加固方式灵活便捷，在维护管理中，可结合实际情况更换相关构件，如果桥梁工程外部结构件受到外界环境因素的影响而损坏，体外预应力施工技术可在较短时间内对桥梁工程结构重心进行优化调整，便于对预应力结构进行安装施工。在体外预应力技术的实际应用中，施工工序简单，同时在桥梁工程日常维护管理中的施工操作方式便捷，可有效提升桥梁工程运行稳定性。[3]

体外预应力桥梁工程结构钢筋基础的稳定性比较强，同时混凝土截面协调效果好，因此不容易出现结构形变问题，并且预应力约束分布均匀度比较高，结构重心不会发生偏移，能够对结构变化幅度进行有效控制，避免桥梁工程结构产生裂缝。如果桥梁工程结构出现裂缝，并且在外力作用下逐渐向基础承压结构延伸，在体外预应力作用下，依然不会对结构闭合效果造成较大的不良影响，能够为桥梁工程结构裂缝处理提供充足空间。

与传统的预应力结构相比，预应力钢束的长度比较大，通过应用连续跨步束，即可有效提升结构强度以及密实度，提升刚度标准，避免结构突出;提升预应力结构使用方式的灵活度，避免发生严重的桥梁工程病害。

桥梁工程预应力箱梁施工需对桥梁工程基础结构上部进行优化设计，否则可能会对桥梁工程结构质量造成较大的不良影响，如果桥梁工程重力比较大，则会影响桥梁工程基础施工质量。对此，利用体外预应力施工技术，在梁体内设置体外束，能够避免与桥梁工程基础结构直接接触，通过间接基础，即可达到良好的加固效果。[4]

桥梁工程体外束可采用直线设计形式，部分桥梁工程的建设标准比较特殊，可采用折线设计形式，束形简单，在与转向块进行连接时，摩擦范围比较小，能够有效降低预应力损失，将预应力结构压力控制在一定范围内，转向块配筋形式如图2所示。

3 梁式桥梁加固中体外预应力技术的应用要点

3.1 设计要点

在梁式桥梁工程施工中，通过应用体外预应力施工技术，能够有效提升桥梁工程基础结构承载能力，同时可对合力束界进行优化调整。[5]通过调节合力束界，即可促进桥梁工程结构承载能力的提升，因此，对体外预应力技术的应用方案进行科学合理的设计，即可提高桥梁工程使用效果。

3.2 加固处理及计算

在部分桥梁工程施工中，地质环境高度比较大，应力结构施工效果比较差，并且容易受到拱顶沉降影响，另外，水压变化、围岩压力也会导致结构发生形变。对此，在预应力加固施工中，必须采取有效措施提升支护受力均衡效果。

在桥梁工程设计中，低矮区域的地下水对桥梁工程结构的影响比较大，如果岩层与隧道轴线夹角有褶皱，则需采取有效的处理措施，同时对支护结构受力情况进行优化调整，保证预应力加固施工效果。

在对桥梁工程加固体系进行内力计算分析时，活荷载所造成的水平筋拉力增量可作为变量，同时应切断水平筋，计算公式如下：

式（1）中，ω1为从垫板中心至支座中心范围的活载弯矩面积，q为活载集度。

式（2）中，ω2指的是在两垫板中心范围中的活载弯矩图面积，l3指的是从垫板中心到支座中心之间的距离。

式（3）中，y1指的是在单位力作用下所造成的梁端弯矩图面积重心竖向坐标，Xc指的是ω1重心至垫板中心之间的距离。

在式（4）和式（5）中，A指的是斜筋与水平筋拉力之间的比值，f指的是滑块与梁底的摩擦系数;α指的是斜筋与梁纵轴之间的夹角。

3.3 体外预应力加固桥梁的施工工艺

3.3.1 体外预应力在加固桥梁中的相关规定

在梁式桥梁工程施工中，体外预应力加固体系是由连续刚构桥、钢筋混凝土、连续梁、混凝土简支梁所组成的，在该体系中还有多个结构件，包括预应力钢筋、锚固设备、梁体、滑块、减震装置等。预应力筋包括钢丝、钢绞线等。对于体外索，要求具有良好的抗腐蚀性能，且具有可更换性，如果体外索自由长度在1 m以上，则需采用定位装置进行固定。对于转向装置，需综合考虑预应束根数、体外预应力大小以及普通钢筋间距等进行优化设计。[6]转向装置是由钢部件以及现浇混凝土块体所组成的，要求与梁体紧密连接。混凝土浇筑施工需应用标号C25以上的混凝土。

3.3.2 体外预应力加固桥梁施工

体外预应力极限应力影响因素较多，包括预应力大小、荷载形式、配筋指标以及荷载种类等。体外预应力结构荷载对体外预应力应变增量的影响比较大，要求根据桥梁工程建设要求进行优化设计。另外，结构体系应具有良好的抗裂性能以及延展性能，在结构体系极限荷载下，要求将极限应力控制在结构体系屈服强度以下。在活荷载影响下，在弯折节点处，体外预应力结构体外索可发生滑移。另外，简支结构极限应力应控制在体外预应力连续结构极限应力增量以上。

3.4 施工控制要点

桥梁工程加固施工需妥善解决承载力降低问题，确保合力束界一致性，保证桥梁工程加固施工效果，施工控制要点如下：①根据桥梁工程施工现场实际情况合理布控预应力束，提升束结构应力基础，保证合力束界数据相同，避免在桥梁工程加固施工完成后由于合力束界控制不当而影响结构施工质量。②桥梁工程桥跨结构以及跨中结构共有3个断面，在断面处理中，应综合考虑横向分布情况在各个断面上设置3个控制点，同时需设置9个检测点，采用水准仪以及全站仪对结构变化情况进行检测分析，在获得完善的检测数据后，即可将检测数据传递至传感器中，对合力束界继续进行有效控制，保证预应力加固效果。③桥梁工程预应力张拉施工应对不同束整束的受力情况进行有效控制，避免单一束条受力过大而对预应力加固效果造成不良影响，需要注意，在單根结构张拉施工过程中，应对同束基础数据进行准确计算。④桥梁工程预应力加固施工尽量采用智能化施工技术，严格控制作业方向，避免在预应力施工中出现质量隐患，进而对桥梁工程加固施工效果造成不良影响。

4 结语

本文对梁式桥梁工程施工中体外预应力技术的应用要点进行了详细探究。在桥梁工程加固施工中，体外预应力是比较常见的加固施工技术，能够有效提升桥梁工程结构的稳定性，延长桥梁工程的使用年限。体外预应力技术的实际应用需综合考虑桥梁工程适用性以及加固条件，对加固数据进行准确计算，确保满足预期设计要求，保证桥梁工程加固施工效果。

（责任编辑：陈之曦）

参考文献：

[1]殷新锋，王成煜，黄屿，等.体外预应力桥梁转向块的受力性能分析[J].中外公路，2017，37（5）：100-103.

[2]王明华.体外预应力混凝土桥梁设计方法分析[J].公路交通科技（应用技术版），2017，13（5）：280-282.

[3]贾小琳.体外预应力在桥梁加固中的应用[J].建筑工程技术与设计，2018（15）：2420-2421.

[4]杨勇.公路桥梁体外预应力加固的施工工艺重点探究[J].工程建设与设计，2019（7）：244-245，248.

[5]刘杰.混凝土连续桥梁体外预应力加固技术研究[J].城市道桥与防洪，2018（8）：228-230，252，25.

[6]吴越.公路桥梁体外预应力加固与施工方法研究[J].交通世界，2019（13）：124-125.