第八章橋梁上部結(jié)構(gòu)的改造與加固技術(shù)——體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)南京林業(yè)大學(xué)江蘇·南京技術(shù)原理與特點(diǎn)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是利用預(yù)應(yīng)力原理，對(duì)待加固構(gòu)件受拉區(qū)施以預(yù)加應(yīng)力的一種加固方法體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)（a）結(jié)構(gòu)原理

工程應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力加固原理體外預(yù)應(yīng)力加固的優(yōu)點(diǎn)體外預(yù)應(yīng)力加固的缺點(diǎn)對(duì)交通影響小易在火災(zāi)下失效，預(yù)應(yīng)力加固需要可靠的防腐設(shè)計(jì)主動(dòng)性強(qiáng)，增加截面的剛度局部應(yīng)力復(fù)雜，易產(chǎn)生局部裂縫對(duì)橋下凈空影響小錨固區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,對(duì)錨具的錨固性能及耐久性要求高；承載力提高顯著可能因延性不足而產(chǎn)生失效；可減小或閉合、限制結(jié)構(gòu)的裂縫；體外預(yù)應(yīng)力筋無混凝土的保護(hù)體外預(yù)應(yīng)力加固的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)適用于正截面受彎承載能力不足或正截面受拉區(qū)鋼筋銹蝕的結(jié)構(gòu)由于正截面承載力不足，跨中裂縫開展比較嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)適用于梁抗彎剛度不足導(dǎo)致的梁撓度超過規(guī)范或由于剛度太小導(dǎo)致梁的受拉區(qū)裂縫寬度超過規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)

適用于梁斜截面受剪承載能力不足的結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固的適用范圍體外預(yù)應(yīng)力加固施工的一般流程主要途徑與施工工藝錨固塊及轉(zhuǎn)向塊安裝混凝土表面鑿毛鉆孔植筋錨固塊及轉(zhuǎn)向塊放樣體外預(yù)應(yīng)力穿束預(yù)應(yīng)力張拉封錨及防護(hù)處理設(shè)置鋼束減振裝置橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固施工流程圖錨固塊及轉(zhuǎn)向塊安裝1.對(duì)于混凝土錨固塊、轉(zhuǎn)向塊將預(yù)埋鋼管與附近的鋼筋焊接安裝錨固塊、轉(zhuǎn)向塊模板澆筑及養(yǎng)護(hù)錨固塊、轉(zhuǎn)向塊，采用和易性良好的混凝土（a）混凝土錨固塊澆筑（b)錨固塊鋼筋籠及預(yù)埋管（BIM模型）2.對(duì)于鋼錨固塊、轉(zhuǎn)向塊完成錨固塊、轉(zhuǎn)向塊的制作、組拼和涂裝結(jié)合面打磨平整將鋼錨固塊、轉(zhuǎn)向塊與預(yù)先植入的錨栓連接固定在鋼結(jié)構(gòu)安裝后，在混凝土和鋼錨固塊、轉(zhuǎn)向塊錨固鋼板之間灌注結(jié)構(gòu)膠(a)鋼轉(zhuǎn)向塊（b）轉(zhuǎn)向鋼桁架（c）鋼錨固塊錨固螺栓安裝①體外預(yù)應(yīng)力索下料②剝除端部PE護(hù)層③體外預(yù)應(yīng)力索穿束①預(yù)緊：0→15%（張拉控制應(yīng)力）②正式張拉：30%→50%→80%→100%，張拉過程中遵循同步對(duì)稱、兩端同時(shí)張拉的原則。張拉伸長值校核雙控法（a）千斤頂安裝（b）千斤頂張拉體外預(yù)應(yīng)力穿束預(yù)應(yīng)力張拉③施工監(jiān)控（a）施工及運(yùn)營過程中體外預(yù)應(yīng)力索索力監(jiān)測(cè)（b）主梁應(yīng)力和變形的監(jiān)測(cè)（c）橋梁既有裂縫的觀測(cè)（d）關(guān)注新老混凝土結(jié)合面的與新增結(jié)構(gòu)的局部裂縫情況（a）轉(zhuǎn)向塊部位(b)應(yīng)變監(jiān)測(cè)使用水泥砂漿或環(huán)氧水泥砂漿填平錨固板和墊板的凹槽用機(jī)械切割方法切除錨具外伸多余的鋼絞線按設(shè)計(jì)要求在錨具喇叭管內(nèi)和外套筒內(nèi)灌注防腐材料對(duì)破損處，采用外包防水聚乙烯膠帶進(jìn)行修補(bǔ)安裝防松脫裝置及保護(hù)罩設(shè)置鋼束減振裝置體外預(yù)應(yīng)力索減震裝置T形梁及I形梁加固體系構(gòu)造水平滑塊：水平滑塊由連接斜筋和水平筋（束）的活動(dòng)滑塊、支撐座或固定在梁底的支撐鋼板組成水平滑塊構(gòu)造平面設(shè)計(jì)構(gòu)造楔形滑塊即滑塊與斜筋結(jié)為一體。一般用鋼板焊接，也可用混凝土結(jié)構(gòu)。在滑塊的斜面（滑動(dòng)面）上加一層四氟乙烯板或不銹鋼板

楔形滑塊的構(gòu)造圖（a）縱斷面圖（b）平面圖U形承托U形承托可用鋼板彎制而成，套在橫隔梁的底部，并用環(huán)氧砂漿和錨固螺栓固定在橫隔板上定位器體外索自由長度超過10m時(shí)，設(shè)置定位器，減少水平筋的自由長度，減振作用。該裝置對(duì)跨徑較大的體外束加固系統(tǒng)尤重要（a）U形承托構(gòu)造形式（b）水平筋（束）的定位器示意圖粘結(jié)-摩擦錨固通過用高強(qiáng)螺栓固定在梁腹板上的錨固裝置來錨固斜筋，其錨固作用是通過高強(qiáng)螺栓的摩擦力和環(huán)氧砂漿粘結(jié)力來保證黏結(jié)-摩擦錨固的構(gòu)造示意圖當(dāng)對(duì)箱梁加固時(shí)，體外預(yù)應(yīng)力筋（束）沿橋梁縱向布置，宜將體外預(yù)應(yīng)力筋（束）布置在箱（室）的內(nèi)側(cè)體外預(yù)應(yīng)力筋橫橋向布置應(yīng)對(duì)稱，避免對(duì)梁體產(chǎn)生橫向不對(duì)稱荷載縱橫向布置箱梁體外預(yù)應(yīng)力加固構(gòu)造箱梁內(nèi)體外預(yù)應(yīng)力筋（束）縱向布置箱梁內(nèi)體外預(yù)應(yīng)力筋（束）橫向布置箱形梁加固體系的轉(zhuǎn)向構(gòu)造箱形梁加固體系的轉(zhuǎn)向、定位及錨固裝置設(shè)置在箱梁內(nèi)部時(shí)，轉(zhuǎn)向裝置為彎轉(zhuǎn)角度的弧形轉(zhuǎn)向鋼管。轉(zhuǎn)向裝置可以是整束式，也可以是分束式體外預(yù)應(yīng)力筋（束）整束式轉(zhuǎn)向器示意圖體外預(yù)應(yīng)力筋（束）分散式轉(zhuǎn)向器示意圖轉(zhuǎn)向塊或轉(zhuǎn)向肋塊式轉(zhuǎn)向構(gòu)造：用于轉(zhuǎn)向鋼束較少的情況，或用于兩個(gè)轉(zhuǎn)向構(gòu)造之間的鋼束定位，以減小鋼束的振動(dòng)及其引起的二次效應(yīng)。轉(zhuǎn)向塊通常用混凝土或鋼板制作底橫肋式轉(zhuǎn)向構(gòu)造：用于橫橋向轉(zhuǎn)向較大的情況帶豎肋式轉(zhuǎn)向構(gòu)造：用于體外索豎向轉(zhuǎn)向力較大的情況豎橫肋式轉(zhuǎn)向構(gòu)造：用于體外索橫、豎向轉(zhuǎn)向力都較大的情況（a）塊式（b）底橫肋式（c）帶豎肋式豎橫肋式混凝土轉(zhuǎn)向構(gòu)造示意圖混凝土轉(zhuǎn)向塊中應(yīng)設(shè)置封閉箍筋。箍筋宜采用植筋技術(shù)與混凝土箱體錨固。箍筋距離轉(zhuǎn)向器上緣的最小距離為25mm，直徑不宜大于20mm設(shè)置多層封閉箍筋時(shí)，層間距不宜小于50mm；箍筋的縱向間距不小于150mm?；炷良狭讲灰顺^15mm。設(shè)置在箱內(nèi)的轉(zhuǎn)向塊受力較小時(shí)，亦可采用鋼結(jié)構(gòu)混凝土轉(zhuǎn)向塊的配筋形式鋼制轉(zhuǎn)向塊：可采用植筋、錨栓及膠黏劑將其可靠錨固（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）工程示例（c）鋼制轉(zhuǎn)向塊不同位置的錨固形式按整體受力要求的配筋，其錨固鋼筋可采用植筋或錨栓錨固于原梁混凝土中，并應(yīng)驗(yàn)算其錨固強(qiáng)度新增設(shè)橫（隔）梁或加勁肋錨固橫隔板受力鋼筋布置示意圖定位裝置在定位裝置中，鋼束與護(hù)套之間應(yīng)用隔振材料填實(shí)。后澆筑的混凝土定位（或減振）裝置的厚度不宜小于400mm體外預(yù)應(yīng)力的定位及減振裝置構(gòu)造示意圖體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)計(jì)算步驟計(jì)算求出被加固構(gòu)件提高荷載標(biāo)準(zhǔn)前所受荷載及其引起的內(nèi)力，包括恒載和活載內(nèi)力。方法與常規(guī)橋梁設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)力計(jì)算相同計(jì)算提高荷載標(biāo)準(zhǔn)后的活載內(nèi)力，并由恒載與活載的組合來驗(yàn)算由上面兩項(xiàng)之差求出內(nèi)力的提高值（即需加固補(bǔ)強(qiáng)的抵抗彎矩及剪力等），估算出補(bǔ)強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)有的截面面積計(jì)算和確定預(yù)應(yīng)力筋所需的張拉力與伸長量。預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的作用效應(yīng)增量可按結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法進(jìn)行分析，幾種荷載的綜合效應(yīng)等于各種荷載分別作用時(shí)的效應(yīng)疊加體外預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)計(jì)算步驟承載力驗(yàn)算。其體外預(yù)應(yīng)力筋加固整體計(jì)算包括持久狀況承載能力極限狀態(tài)計(jì)算持久狀況正常使用極限狀態(tài)計(jì)算持久狀況和短暫狀況應(yīng)力計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力加固局部計(jì)算內(nèi)容包括轉(zhuǎn)向構(gòu)造的承載力和抗裂性計(jì)算錨固區(qū)的承載力和抗裂性計(jì)算持久狀況下其他局部構(gòu)件的承載力計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力加固梁的正截面抗彎承載力計(jì)算圖式如圖。加固結(jié)構(gòu)抗彎承載力計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)截面形狀和中性軸的位置分兩種情況考慮矩形、T形截面梁正截面抗彎承載力計(jì)算圖式正截面抗彎承載力計(jì)算為確保加固后的混凝土梁仍為塑性破壞，截面受壓區(qū)高度x（1）矩形截面或中性軸位于T形或I形截面翼板內(nèi)（x≤h'f)（2）T形或I形截面且中性軸位于截面腹板內(nèi)（x>h'f):

體外預(yù)應(yīng)力加固梁的斜截面的抗剪承載力可按鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土梁計(jì)算，但必須考慮穿過驗(yàn)算斜截面的體外預(yù)應(yīng)力斜筋的豎向分力的影響斜截面抗剪承載力計(jì)算圖式斜截面抗剪承載力計(jì)算體外索的斜筋極限應(yīng)力σpub,e，與轉(zhuǎn)向塊處的摩阻情況有關(guān)可由水平筋（束）的極限應(yīng)力σpu,e求得：λ——體外索斜筋（束）拉力與水平筋（束）拉力的比例系數(shù)采用有水平向移動(dòng)的滑塊或有轉(zhuǎn)向塊時(shí)：采用楔形滑塊時(shí)：f0——摩擦系數(shù)，在缺少可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，鋼材間的摩擦取f0=0.16，采用四氟乙烯滑板時(shí)取f0=0.06；混凝土與鋼材間的摩擦取f0=0.25體外預(yù)應(yīng)力加固T梁橋某T梁橋建于1992年10月8日，橋面寬度：2×凈9+1.0中央（分隔帶）+2×1.5（人行道）米，雙向四車道。主橋共三跨，邊跨采用鋼筋混凝土單懸臂梁、中跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土吊梁。橋下凈空高度為最高通航水位以上7m體外預(yù)應(yīng)力加固的工程示例船撞受損T梁橋結(jié)構(gòu)（a）受損外觀該橋梁2007年6月遭受一次船撞，該橋1號(hào)掛梁損傷嚴(yán)重，受撞位置5米左右范圍，梁體混凝土破碎，預(yù)應(yīng)力丟失嚴(yán)重，形成梁體卸載，卸下的橋面荷載由臨近的掛梁承擔(dān)加固措施：直接撞損的局部采用粘鋼加固（注漿法施工）通過注膠恢復(fù)受損部分混凝土的整體性。整體采用體外預(yù)應(yīng)力加固，以彌補(bǔ)損失的預(yù)應(yīng)力

（b）加固效果某大橋于1999年9月建成通車，主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋面全寬33.8m，雙向六車道，分上下行兩幅，大橋荷載等級(jí)為汽-超20，掛-120設(shè)計(jì)縱向預(yù)應(yīng)力采用19-7Φ5鋼鉸線；橫向預(yù)應(yīng)力采用4-7Φ5鋼鉸線；豎向預(yù)應(yīng)力采