摘要：體外預應力加固技術是近年來廣泛采用的一種舊橋加固方法，且得到了認可。但是在實際使用中該方法也存在開裂和持續下撓問題，給其使用帶了了一定的不利影響，因此本文就重點對該技術的優化進行了研究，并得到了一定的成果。

　　關鍵詞：舊橋;預應力加固;設計

　　引言

　　舊橋在我國隨處可見，其老化、承載力不足以及破損等問題一直困擾著很多單位，很多舊橋因為上述問題的存在輕者出現道路都塞，重則出現垮塌等事故，給人民群眾的安全帶來極大的隱患。而且隨著現在車輛超載等現象越來越頻繁，對這些橋梁是一個挑戰，大大制約了交通能力的提高和發展，這些情況亟待改變。然而，我國幅員遼闊，橋梁眾多，全部重建顯然是不可能的，而且限于我國目前的經濟狀況，選擇合理的途徑才是最重要的。在此情況下，橋梁的加固技術得到了非常多的應用，而其中體外預應力技術因為節省資金，優點較多，且效果明顯，在世界范圍內都有大量的應用，是橋梁加固的主要技術手段之一。但也由于該技術歷史悠久，很多地方都需要提高和改進，對其優化也是目前的一個客觀要求，下面本文就針對該問題進行探討。

　　1體外預應力概述

　　體外預應力結構的設計與傳統的體內預應力混凝土結構構件具有基本相同的共性，但由于體外預應力的作用，使其又具有特殊性。體外預應力結構的作用機理與無粘結預應力結構是相同的，所以它具有無粘結預應力結構類似的性能。有粘結預應力混凝土梁承受荷載時，任意截面預應力鋼筋位置處的混凝土應變增量與預應力鋼筋應變增量相等。所以有粘結預應力鋼筋的最大應力出現在最大彎矩截面處。無粘結預應力混凝土梁承受荷載時，由于無粘結預應力鋼筋和混凝土能發生縱向的相對滑動，其應變增量等于沿無粘結預應力鋼筋全長周圍混凝土應變增量的平均值。這樣，當梁受壓區混凝土達到極限應變時，無粘結預應力鋼筋的應變增量將比有粘結預應力鋼筋的小。梁體破壞時由于無粘結預應力鋼筋的極限應力小于最大彎矩截面處有粘結預應力鋼筋的極限應力，所以無粘結預應力梁的極限抗彎強度低于有粘結預應力梁。

　　對于整體施工的體外預應力混凝土結構，其與體內無粘結預應力混凝土具有基本相同的力學性能，從施加預應力、受荷至消壓、開裂直至最后的破壞機理也是相似的，兩者差別主要在構造上。適當配置有粘結筋及非預應力筋，對改善整體結構的極限承載能力有較大作用，也可顯著改善裂縫狀況，增加混凝土塑性變形范圍。節段施工的體外預應力混凝土結構力學性能較為特殊。由于接縫的存在，若接縫間無有粘結預應力筋通過，則在承載能力階段裂縫便難以控制，同時，也削弱了使用階段結構的抗彎剛度，使其撓度更大。由于非預應力筋在接縫處完全斷開，在無體內預應力筋時，體外索成為限制接縫間相對剛體轉動的控制因素。因此，最好采用體內、體外混合配筋進行節段施工結構的設計。

　　對于舊橋，體外預應力加固法與其他加固方法相比，具有一些獨特的加固特點或加固效應。

　　①卸載效應

　　采用預應力法對結構構件加固后.由于施加的預應力與原結構的外部荷載是反向的，預應力產生的內力對原結構形成反向的平衡荷載，原結構的內力或變形減小，再增加結構的荷載，由兩者共同分擔，這樣就相應地提高了結構的承載力，對于即將破壞的結構，則使結構由臨界狀態回到安全狀態，或延遲結構的破壞，同時結構構件的變形減小，裂縫在一定程度上閉合。

　　②彈塑性效應

　　增加的預應力桿件系相當于在原結構構件外部增加了一個彈性支座，或使混凝土材料具有更良好的彈塑性，部分卸載后結構的強度一變形曲線退回到彈性階段;此外，由于加固用鋼材具有良好的延性和強化性能，外部桿件能隨結構荷載的增加同步地分擔荷載，因此，加固后結構的變形性能得到改善，具有明顯的彈性特征。

　　③協調效應

　　材料間應力應變滯后是影響加固效果的最主要因素之一而預應力加固法能使加固材料與原結構有效地結合，提前分擔結構荷載，同時使原結構的內力變形減小，在一定程度上減小了新舊材料或結構間的應力應變水平的差距，消除了滯后效應，充分發揮了加固材料強度優勢。

　　2體外預應力加固技術問題的提出

　　(1)與加固前結構相比，橋梁垣載由于體外束加固改造增加的量比不是太少，相反，其增加的垣載量甚至超過了其它的加固方法。體外預應力加固技術對橋梁垣載的增加主要來自于以下幾個方面:

　　①澆注轉向裝置增加的混凝土垣載量。

　　轉向塊是體外力筋在跨徑內保持設計形狀，并可靠的傳遞索力垂直分力的重要部件，為力筋提供堅固的轉向支承，以較小的摩擦力使之順利轉向和傳遞預應力。具體分類可參見第三章的內容。雖然鞍座塊式轉向塊混凝土的體積小，對結構自重影響并不大，模板構造也較簡單。但其受力特點為:預應力筋的豎直(水平)分力有使轉向塊從梁體拉脫的傾向。由于實際需要提供比較大的體外預應力，故一般采用后兩種形式的轉向塊。對于后兩種，在實際連續剛構橋梁的加固中，為了使轉向裝置據有足夠的強度和剛度，就需要尺寸比較大的轉向塊，對加固后橋梁的垣載的增加還是非常大的，是不應該忽視的問題。

　　②齒板澆注所產生的垣載重量

　　為了利于結構受力，方便體外束的張拉以及錨固，一般都要在橋梁中設置齒板。為了保證齒板能夠承受張拉及錨固預應力束的力，就需要比較大的齒板，增加加固后的垣載。

　　③體外預應力束新增垣載。

　　為了有效改善橋梁開裂下撓的現象，一般需要的體外預應力的量是比較大的，故需要比較多的體外預應力束，對于三跨60+90+90的連續剛構的加固，一般僅僅由于體外束的應用增加的垣載達近三萬公斤，再加上體外束相應的錨固器具、套管等重量，數量更多，故對于體外預應力的加固，這些重量也是應該考慮在內的。

　　③橋面鋪裝拆除后重建，新增垣載。

　　以A大橋為例，通過統計發現，加固后A河大橋由于加固所帶來的垣載增加量將達到500多噸，體外束誠然能增加橋梁的承載力，那么由于體外加固技術的應用而對橋梁本身自重增加如此之多，加固后承載力的增加量與由于加固所帶來的效應相比，二者關系如何。

　　(2)體外束的張拉錨固所產生的力主要靠橋梁新澆筑的齒板來產生，因此，齒板受力非常復雜。以三跨的連續剛構為例，常常采用在端部錨固預應力束，在墩部處張拉的做法。而位于錨固處的齒板，也就是端部的齒板就顯得尤為重要，體外束能否到達錨固的要求，新舊混凝土能否共同工作，不至于把齒板拉裂、拉開。就對此處齒板的構造及施工要求嚴格。

　　而且一般的連續剛構橋梁，在橋臺側位滿堂支架施工，齒板一般己經靠近滿堂支架施工與懸臂施工所處的合攏段，故會不會由于張拉體外束的原因，而導致合攏段截面梁體的開裂也是值得擔心的問題。

　　3加固構造物與原橋比重對橋梁承載力的影響分析

　　針對之前提出的加固新增的混凝土重量過大的問題，做如下分析:

　　A大橋采用體外預應力與粘貼鋼板進行加固，其中，采用體外預應力進行加固時，全橋共設置轉向板20塊，錨固齒板4塊，共計新增混凝土235立方米，即新增垣載587噸。通過MidaS程序對全橋進行建模分析，模擬新增混凝土對橋梁的影響。可以得到如下的結論，具體見下表:

　　表1新增混凝土對橋梁承載力的影響

　　其中，負彎矩指的是墩頂截面的彎矩，正彎矩指的是正彎矩最不利截面處的彎矩，加固前指的是沒有添加轉向塊、齒板時的彎矩，加固后指的是添加之后的彎矩，垣載組合指按正常使用極限狀態下自重和二期垣載下的各個彎矩值，總效益指添加活載效益之

　　后按正常使用極限狀態的各個彎矩值。比重指的是新增混凝土與原結構作用下效益的比值。

　　從表中可以看到，在新增混凝土作用下，不計車輛荷載時，其效益所占原結構的比重在負彎矩區為8%，在正彎矩區為6%到8%;計入活載效益之后，在負彎矩區為7%，在正彎矩區為4%到5%。與全橋相比，所占比重比較小，和加固后提升的效益相比，可以不計入這部分對結構承載力的影響。如果減小這部分混凝土用量，齒板的抗剪力、局部承壓等不能滿足規范要求。故建議不減少新增混凝土的用量。

　　4體外預應力加固技術錨固端部構造優化設計

　　從上面的分析可以看出，為了能夠有效的發揮體外預應力對承載力的增加作用，并提高體外束加固結構的安全性，有必要對體外束加固的關鍵部分進行優化設計，從而使結構受力更合理，施工更安全。本文主要以A河大橋為例，從錨固端構造著手，對連續剛構的體外預應力加固技術進行優化設計。

　　端部現澆錨塊:原來的設計在主梁端部設置了較大尺寸的橫隔板，新設計的體外預應力鋼束不能在主梁端部進行張拉，且數量較多，因此為了保證結構的安全考慮，便采用混凝土現澆錨塊。即在確保原結構預應力鋼束不被破壞的條件下采用植筋技術，以及在新舊混凝土接觸面鑿出剪力槽，使現澆端部斜錨塊可以通過頂、底板及腹板抗剪承受體外預應力鋼束的張拉力。

　　在A大橋體外預應力的加固設計中，考慮到錨固端齒板受力的復雜性，由上面分析可以看到該處齒板對混凝土的局部承壓能力及抗劈裂、抗剪能力要有很高的要求。另外，其邊跨4組體外索固定端設置得過于擁擠，使得其局部受壓區截面尺寸不滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》 (JTGD62一2004)第5.7.1條的要求，局部抗壓承載力不滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTGD62一2004)第5.7.2條的要求。

　　為了改善錨固端齒板處混凝土的受力性能，特采取了以下的做法來提升該處的承載能力:

　　(l)齒板縱向每30cm設置一道 1sxscm橫向槽口，鑿除面清刷干凈。如圖1。

　　

 

　　圖1剪力槽大樣圖

　　(2)對原齒板進行了加強構造，即對箱梁頂板進行了植筋，使與齒板連為一體，加強了與頂板的連接。

　　(3)開創性的增加了定位板的設計構造，定位板作為錨固端齒板構造的一部分，增加了與原橋梁結構的整體性，有效的改善了齒板的受力狀況。提高了橋梁加固的整體性能。

　　結束語

　　體外預應力加固技術作為一種行之有效的加固手段，由于其的靈活性、高效性等諸多特點，越來越受到重視，隨著對橋梁加固的不斷重視，體外預應力技術定會發展的越來越成熟，會有越來越多的橋梁采用這種加固方法。

　　參考文獻

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