第八章橋梁上部結構的改造與加固技術南京林業(yè)大學江蘇·南京——預應力鋼絲繩-聚合物砂漿加固技術技術原理與特點通過對小直徑的高強鋼絲繩施加預應力，實現受彎構件底部受拉部位的加強。加固系統(tǒng)包括預應力鋼絲繩、擠壓錨頭、端部錨具和反力支點技術原理預應力鋼絲繩-聚合物砂漿加固技術原理圖預應力鋼絲繩-聚合物砂漿加固技術特點①待加固結構混凝土強度不受限制②耐腐蝕、防火性能好③具有理想的破壞模式④基本不影響結構外觀⑤基本不影響結構凈空⑤施工便利⑥主動性強材料性能高強鋼絲繩可采用的鋼絲繩包括高強不銹鋼鋼絲繩和高強鍍鋅鋼絲繩。加固酸堿、潮濕、露天等腐蝕環(huán)境下的結構、構件，宜采用高強不銹鋼鋼絲繩。一般環(huán)境下，可選用高強鍍鋅鋼絲繩高強鋼絲繩采用高強鋼絲繩加固混凝土結構時，應按《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010）的規(guī)定進行承載力極限狀態(tài)計算和正常使用極限狀態(tài)驗算。鋼筋和混凝土材料強度應采用實測值高強鋼絲繩抗拉強度標準值及材料分項系數種類符號公稱直徑（mm）不銹鋼鋼絲繩鍍鋅鋼絲繩抗拉強度標準值（MPa）材料分項系數γr抗拉強度標準值（MPa）材料分項系數γr1×19Φs3.0～7.016501.471?5601.4717701.471?6501.47類別彈性模量Erw（MPa）伸長率（%）不銹鋼鋼絲繩1.10×1051.6鍍鋅鋼絲繩1.40×1052.1高強鋼絲繩的彈性模量和伸長率砂漿端部錨固區(qū)及反力支撐范圍的砂漿應選用Ⅰ級砂漿，端部錨固區(qū)為自錨具中心兩邊各不小于250mm

的范圍，反力支撐范圍為圓鋼棒中心兩側各不小于200mm的范圍其余范圍可選用Ⅱ級砂漿砂漿等級劈裂抗拉強度（MPa）正拉粘結強度（MPa）抗折強度（MPa）抗壓強度（MPa）鋼套筒粘結抗剪強度標準值（MPa）Ⅰ≥7.0≥2.5，且為混凝土內聚破壞≥12.0≥50.0≥12.0Ⅱ≥5.5≥10.0≥40.0≥9.0砂漿的基本性能指標主要途徑與施工工藝開鑿端部槽口制作與固定端部錨具澆筑錨固砂漿與防護砂漿張拉與錨固鋼絲繩擠壓鋼絲繩錨頭灌注槽口錨固砂漿設置反力點開鑿端部槽口對待加固梁進行量測、放線確定兩端設置端部錨具中心線位置，在中心線處沿跨度方向鑿出寬度約10cm的端部槽口，深度以暴露出梁內部的構件已配縱筋、并能牢固焊接端部錨具主要途徑與施工工藝：錨固系統(tǒng)1—錨頭2—錨具3—錨板4—膠粘劑5—錨栓6—焊接點7—鋼絲繩8—混凝土構件預應力鋼絲繩錨固系統(tǒng)制作與固定端部錨具端部錨具由鋼絲繩所承擔的拉力荷載專門設計。為確保預應力鋼絲繩張拉與錨固的方便，其外側為開口形式高強鋼絲繩錨具及槽道的寬度和間距由高強鋼絲繩直徑（d）、錨頭直徑（D）及高強鋼絲繩數量確定，尺寸應符合規(guī)定高強鋼絲繩錨具錨具實物圖

錨具和錨板宜采用Q235或Q345鋼；對于重要結構的構件應采用可焊性好的鋼材，且不應低于Q235B項目槽道上口寬度（S1）槽道下口寬度（S2）開槽邊距（S0）開槽深度（h1）錨具高度（hm）錨具寬度（b）尺寸要求≥d+1≥d+2≥D/2≥(d+D)/2≥1.5D+10≥30公差±0.5±0.5+0.5-0.5-0.5-0.5錨具及槽道尺寸（單位：mm）砂漿錨具砂漿灌注錨固砂漿灌注槽口錨固砂漿端部槽口灌注高強度、固化時間短、微膨脹、粘結性能好的高性能砂漿。灌注前應將周圍混凝土鑿毛、清除浮渣、沖洗干凈為使張拉后鋼絲繩能對梁產生向上的等效荷載，同時，考慮到由于施工等原因，鋼絲繩與梁底不可能完全密實接觸，在梁底預埋直徑為6mm的細圓鋼筋作為反力點梁底反力點的設置設置反力點鋼絲繩下料長度根據兩端端部錨具的間距及預應力鋼絲繩的工作應力計算確定，下料時需要保證鋼絲繩在拉緊狀態(tài)下進行擠壓錨頭為鋁合金雙孔套筒式，鋼絲繩穿入擠壓錨頭內孔，由專門設計的擠壓模具、擠壓機械對擠壓錨頭進行強力擠壓，使擠壓錨頭與鋼絲繩擠壓成一體（a）擠壓原理（c）錨固效果擠壓鋼絲繩錨頭（b）錨頭在一側鋼絲繩的一端直接穿入錨具的開口，另一端由張拉器進行張拉，張拉后伸長的擠壓錨具超過錨具時進行錨固（a）張拉裝置（b）張拉端（c）張拉完成（錨固端）張拉與錨固鋼絲繩為保護鋼絲繩，可在其外側采用噴射、涂刷砂漿等方法進行防護，同時，該砂漿也能共同參與錨固鋼絲繩，減輕錨具壓力，減少預應力鋼絲繩的松弛等（a）梁底支模

（b）底部涂抹砂漿

澆筑錨固砂漿與防護砂漿設計構造保護層厚度預應力高強鋼絲繩的保護層厚度應從鋼絲繩外表面算起并應根據現行國家標準《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010規(guī)定的環(huán)境類別，分別滿足下列規(guī)定：一類環(huán)境，不應小于20mm二a類以上環(huán)境，不應小于30mm預應力高強鋼絲繩受彎加固混凝土梁，當加固量較大時，可在梁底布置雙層高強鋼絲繩，兩層鋼絲繩錨具應交叉設置，且內層錨具宜比外層錨具低10mm及以上1—錨栓2—外層錨具3—內層錨具4—焊縫5—結構膠6—鋼絲繩7—原結構梁抗彎加固層數布置預應力高強鋼絲繩雙層布置構造(a)錨具安裝布置(b)預應力鋼絲繩布置

預應力高強鋼絲繩受剪加固混凝土梁，可根據工程情況選擇布置方式抗剪加固布置1—錨頭；2—錨具；3—錨栓；4—鋼絲繩；5—錨板；6—Ⅰ級砂漿；7—端頭受剪加固錨具布置構造

原混凝土結構表面應植筋。植筋宜為直徑6mm的鋼筋，植筋深度不應小于50mm。端部外露部分應設置90°或180°彎頭，植筋間距不應大于500mm植筋構造混凝土結構加固面植筋構造（b）高強鋼絲繩受剪加固

錨固系統(tǒng)安裝前，原結構混凝土應開槽，混凝土開槽深度不宜小于錨板厚度，并不得破壞原構件受力鋼筋開槽要求（a）高強鋼絲繩受彎加固1—Ⅰ級砂漿2—錨栓3—鋼絲繩4—彎頭鋼筋5—Ⅱ級砂漿6—反力點

預應力高強鋼絲繩加固混凝土構件時，應垂直于受力鋼絲繩的方向均勻設置分布鋼絲繩，分布鋼絲繩的直徑不應小于加固用鋼絲繩直徑，且間距不應大于200mm預應力高強鋼絲繩受彎加固混凝土梁施工時，應按規(guī)定進行預應力高強鋼絲繩下料及張拉：

鋼絲繩下料前，應先通過試驗實測張拉控制應力下拉應變（ε）、錨具外緣尺寸（Li）并應按下式計算預應力高強鋼絲繩的下料長度（L0）

Le——鋼絲繩錨固端預留長度（mm）分布鋼絲繩鋼絲繩下料、錨固及張拉

預應力高強鋼絲繩張拉時應橫向對稱，對稱軸兩邊張拉完成的高強鋼絲繩的數量之差不應多于3根預應力高強鋼絲繩的下料長度1—錨頭；2—錨具；3—鋼絲繩鋼絲繩下料、錨固及張拉砂漿應分層涂抹，每層的壓抹厚度不應超過25mm，兩層砂漿之間的涂抹時間間隔應以前一層砂漿初凝為準，第一層應采用Ⅰ級砂漿涂抹于原結構表面，涂抹厚度不小于高強鋼絲繩直徑。第二層采用Ⅱ級砂漿或細石混凝土涂抹，兩層砂漿的厚度之和不應大于40mm砂漿涂抹厚度，可采用埋設混凝土預制塊的方法控制，達到設計厚度要求時，應作好壓抹收光。漿壓抹收光后的30min至4h內，應進行養(yǎng)護，并應防止砂漿涂抹部位受到沖擊砂漿涂抹要求采用焊接縱筋法固定端部錨具時，灌注錨固砂漿宜采用一級環(huán)氧砂漿，強度至少比待加固橋梁混凝土等級提高一級受彎加固和受剪加固時，被加固混凝土構件的實際混凝土強度等級不應低于C15預應力高強鋼絲繩的自由長度超過10m時，應設置定位裝置；預應力高強鋼絲繩張拉時，應采用應力、伸長量雙重控制。拉力偏差應在±100N范圍內，伸長量偏差應在±0.5mm范圍內；預應力高強鋼絲繩曲線布置時，曲率半徑不應小于4m其它要求計算原理

受彎構件加固后相對極限受壓區(qū)高度（ξb,r）應符合下列規(guī)定

（1）對于重要構件，ξb,r應采用加固前控制值（ξb）的0.90倍

（2）對于一般構件，ξb,r應采用加固前控制值（ξb）的0.95倍

對矩形、T形或I形截面構件受彎加固時，其正截面受彎承載力計算圖如下所示。矩形、T形截面受彎構件正截面抗彎承載力計算圖

矩形截面或中性軸位于T形或I形截面翼板內（

x≤h’f

）時，正截面承載力應按下列公式確定

T形或I形截面且中性軸位于截面腹板內（x＞h’f）時，正截面承載力應按下列公式確定應用實例案例1—加固空心板梁某高速公路某正交8m分離式立交橋，上部結構為采用1×8m的簡支空心板梁，全橋共1跨由于超重車輛的長期作用，造成橋面鋪裝層的大面積破損和梁體底板的裂縫，使鋼筋發(fā)生銹蝕，從而引起混凝土開裂、剝落箱梁梁體由于開裂損傷，空心板梁的結構豎向抗彎剛度偏弱，承載潛力不足空心板橋梁結構外觀底板采用預應力鋼絲繩-聚合物砂漿加固技術在每片空心板梁梁底增設1層49根高強預應力鋼絲繩，采用Φ3不銹高強預應力鋼絲繩，種類為1×19的鋼絲繩。聚合物砂漿采用結構加固用Ⅰ級聚合物砂漿，砂漿厚度3cm加固方案(a)

平面(b)立面預應力鋼絲繩張拉錨具錨固系統(tǒng)由錨頭、錨具和錨板組成，端部錨具采用化學螺栓法固定案例2---加固T梁

某橋位于北京市通州區(qū)九德路上，橋梁總長16.4m，為1孔12m普通鋼筋混凝土寬腹T梁結構。該橋橫斷面共11片T梁，其中7片為1989年建造，汽車荷載等級為汽-15級，4片為2003年新建T梁，荷載等級為汽-20級(a)結構外觀(b)橫截面預應力鋼絲繩加固T梁橋橋梁立面與平面布置對于4片2003年新建T梁，腹板底張拉一層共23根預應力鋼絲繩（a）立面及斷面（b）平面（新建T梁）針對主梁腹板板底采用張拉預應力鋼絲繩的加固方法，采用鋼絲繩對舊橋進行體外預應力加固成部分預應力混凝土橋加固所用鋼絲繩公稱直徑4.0mm，公稱面積9.55mm2，抗拉強度標準值fpk=1670Mpa；張拉控