公路桥梁加固技术与体外预应力方法概述.docx

公路桥梁加固技术与体外预应力方法概述摘要：预应力加固技术在旧桥维护中得到广泛运用，本文概述了桥梁的加固思路和具体常用的加固方法及其特征，并详细介绍了体外预应力加固技术的发展历史、体外预应力受力特点、配束方法以及施工工艺等。关键词：桥梁预应力加固桥梁加固方法概述近些年来，随着交通事业的蓬勃发展，桥梁建设突飞猛进，日新月异，每年都有上千座桥梁建成通车，但由于国民经济迅速发展，交通运输量大幅度提高，行车密度及车辆载重越来越大，跨河桥梁和高架桥梁在交通工程中的重要性与日俱增。因其建桥年代的局限，设计荷载偏低，桥面窄小，功能老化，承载力不足等，出现了各种各样的病害，成为交通运输发展的潜在隐患。面对数量庞大的旧桥、危桥，如要全部推倒重建，既不科学也不现实。旧桥改造是全球性课题，引起了各国的高度重视，并提到了刻不容缓的议事日程上来。预应力技术是20世纪最具有革命性的结构构思，已广泛用于土木工程和建筑工程。预应力加固技术在桥梁加固中的应用，具有更为特殊的意义。桥梁结构预应力加固体系主要有三种：1)体外预应力加固体系；2)有粘结预应力加固体系；3)高强复合纤维预应力加同体系。本文主要介绍体外预应力桥梁加固技术。1.1 桥梁加固桥梁加固改造是运用有效可行的技术手段对桥梁结构物进行补强加固及拓宽，其根本目的是恢复和提高其承载能力及耐久性。目前，常用的桥梁加固方法很多，从大的方面划分可分为上部结构补强加固和下部结构补强加固。桥梁上部结构补强加固方法又分为改变结构受力体系方法和不改变结构受力体系方法两类。从后加补强材料是否具备预应力及基本受力原理来看，桥梁上部加固又可划分为两大类，即主动加固和被动加固。⑴桥梁被动加固原理在受拉区(或抗剪薄弱区)直接增设补强材料，例如：补焊钢筋、粘贴钢板、粘贴高强复合纤维材料（碳纤维、芳纶纤维)等。这种加固方法从作用原理上讲属于被动加固范畴。实际上设计时必须考虑带载加固及分阶段受力特点，构件自重及恒载由原梁承担；活载由加固后的组合截面承担，后加补强材料强度发挥程度受原梁变形的限制。⑵桥梁主动加固原理为解决后加补强材料“应变滞后”，提高后加补强材料利用率，对后加补强材料施加预应力，采用预加力原理进行加固补强。从作用原理上讲预应力加固属于主动加固范畴。后加补强材料主动受力，由于预加力的作用，改善了原梁的应力状态，以达到提高原梁承载力和抗裂性的目的。1.2 常用的桥梁加固方法由于桥梁的耐久性问题，大量的老桥旧桥需要加固，因而也相应地产生了很多的旧桥加固方法。目前国内常用的桥梁加固方法有体外预应力加固法、碳纤维加固法、增大截面加固法、粘贴钢板加固法、裂缝灌浆修补法等。其中体外预应力加固法作为一种主动加固方法，其施工工艺成熟，结构受力良好，已经得到了广泛的应用。增大截面加固法会在提高结构刚度的同时也增加梁体自重，故而效果不是很好，新老混凝土的粘结也是一个需要解决的问题。除常规的钢筋除锈，混凝土养护加固措施之外，还有一些新型的加固措施，如粘贴纤维复合材料（FRP）加固技术、粘贴钢板加固技术、施加体外预应力加固技术和SPS钢桥面板加固技术等。纤维复合材料加固技术FRP材料是一种新型结构材料。全称为纤维增强塑料（Fiber Reforced Plastic，即FRP）是一种以纤维作为增强材料，以纤维、纱线或织物的形式增强树脂基体的复合材料。FRP材料以其独特的优点常常用于加固钢筋混凝土梁和桥墩。它与粘贴钢板加固技术相比有以下优点：FRP的强度更大，重量轻；可以现场剪裁，粘贴方便；FRP材料不生锈，耐腐蚀性好，因而可以用在海水、氯盐等腐蚀环境。剪断和接长很方便，可以裁成各状，因而可以用于构件形状复杂或构件位于狭窄空间处。纤维加固技术施工工艺流程和箱梁外部粘贴碳纤维加固如图6。FRB同样还可以用在对桥墩、桥面的桥梁加固上。图1 FRB加固技术施工工艺流程（左）和其加固箱梁示意图（右）FRB材料不仅可做加固材料，还可以做斜拉索的材料。瑞士的Stork Bridge是世界上第一座FRP斜拉索的公路桥（图7）。世界上已建成的FRB桥梁如表1。表1 世界上已建成的FRB桥梁桥梁国家桥梁类型跨度（m）建成时间Aberfeldy Bridge英国人行悬索桥631992Stork Bridge瑞士公路斜拉桥611996Herning Bridge丹麦人行斜拉桥401999Laroin Bridge法国人行斜拉桥1102002江苏大学人行桥中国人行斜拉桥302005图2瑞士的Stork Bridge纤维复合材料加固技术粘贴钢板加固作用与粘贴纤维布的加固作用类似，提高了建筑物的耐剪切、耐弯曲能力，延长其使用寿命，达到了增加荷载的目的。相较粘碳纤维加固，防火性能有所提高。其施工工艺如下图：图3粘贴钢板加固技术施工工艺流程体外预应力加固技术体外预应力加固是指在运