1、道路橋梁預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)及特點1、引言1、1混凝土耐久性20世紀(jì)90年月初，混凝土橋梁的耐久性已引起世界各國的重視，通過對大量具有20年以上橋齡的混凝土橋梁的養(yǎng)護管理實踐，人們發(fā)覺橋梁的混凝土開裂、剝落、衰變及鋼筋的銹蝕（管道灌漿不飽滿普遍存在）對橋梁的傷害問題十分嚴(yán)峻，已成為迫切需要解決的問題，嚴(yán)峻傷害的橋梁己危及交通的平安，需要大量的資金來維護或改建，嚴(yán)酷的現(xiàn)實使人們開頭重視混凝土橋梁的耐久性。提高混凝土橋梁耐久性的技術(shù)途徑有兩個，一是采用高性能混凝土，以提高混凝土的抗?jié)B性、勻質(zhì)性、抗凍性，從而提高混凝土抵擋碳化和冷凍侵襲的能力；另外一種是提高既有橋梁耐久性的有效途徑即對缺陷橋梁舉行加固改造

2、，延伸其使用壽命。1、2橋梁加固橋梁加固改造是運用有效可行的技術(shù)手段對橋梁結(jié)構(gòu)物舉行補強加固及拓寬，其根本目的是恢復(fù)和提高其承載能力及耐久性。目前，常用的橋梁加固方法許多，從大的方面劃分可分為上部結(jié)構(gòu)補強加固和下部結(jié)構(gòu)補強加固。橋梁上部結(jié)構(gòu)補強加固方法又分為轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)受力體系方法和不轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)受力體系方法兩類。從后加補強材料是否具備預(yù)應(yīng)力及基本受力原理來看，橋梁上部加固又可劃分為兩大類，即主動加固和被動加固。1、21橋梁主動加固原理在受拉區(qū)（或抗剪薄弱區(qū)）直接增設(shè)補強材料，例如：補焊鋼筋、粘貼鋼板、粘貼高強復(fù)合纖維材料（碳纖維、芳綸纖維）等。這種加固方法從作用原理上講屬于被動加固范疇。實際上設(shè)計時

3、務(wù)必考慮帶載加固及分階段受力特點，構(gòu)件自重及恒載由原梁擔(dān)當(dāng)；活載由加固后的組合截面擔(dān)當(dāng)，后加補強材料強度發(fā)揮程度受原梁變形的限制。1、22橋梁被動加固原理為解決后加補強材料應(yīng)變滯后，提高后加補強材料利用率，對后加補強材料施加預(yù)應(yīng)力，采用預(yù)加力原理舉行加固補強。從作用原理上講預(yù)應(yīng)力加固屬于主動加固范疇。后加補強材料主動受力，因為預(yù)加力的作用，改善了原梁的應(yīng)力狀態(tài)，以達到提高原梁承載力和抗裂性的目的。目前，橋梁結(jié)構(gòu)中采用的預(yù)應(yīng)力加固體系主要有三種：即體外預(yù)應(yīng)力加固體系、高強復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固體系、有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系。2、體外預(yù)應(yīng)力加固體系2、1進展背景70年月，隨著交通運送的進展，舊路改造及舊橋

4、加固引起世界各國的普遍重視，許多國家開展了舊橋加固研究，在歐洲一些國家，采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固橋梁，提高原橋的荷載等級，收到了顯然的經(jīng)濟效益，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在舊橋加固中的應(yīng)用，又促進和加深了人們對體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的認識。實際上，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)陪同著預(yù)應(yīng)力技術(shù)的產(chǎn)生而消失，并且利用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)修建混凝土橋梁先于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，因此它是一門古老的新生技術(shù)。早在1934年德國人迪申格爾的體外無粘結(jié)筋技術(shù)便取得了德國和法國的專利，并于1936年建成實橋。但因為處于體外的鋼筋防銹蝕技術(shù)不成熟，致使橋梁養(yǎng)護、修理費用很高，因而在很長時期內(nèi)妨礙了這一技術(shù)的進展。90年月以來，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在國外得到了快速進

5、展，這一方面是因為人們對混凝土耐久性認識的提高，迫切期待發(fā)明一種具有防腐性能的結(jié)構(gòu)，為體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的進展供應(yīng)了寬闊的市場；另一方面，隨著斜拉橋技術(shù)的進展，勝利地解決了鋼絲的防銹蝕和大噸位錨頭的設(shè)計和施工問題，消退了體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)進展的最大障礙，使體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的進展獲得了新生。隨著體外預(yù)應(yīng)力設(shè)計理論及有用技術(shù)的不斷進展，反過來又進一步促進了體外預(yù)應(yīng)力加固舊橋的應(yīng)用。2、2作用原理體外預(yù)應(yīng)力加固是將具有防腐庇護的預(yù)應(yīng)力筋布置在梁體的外部（或箱內(nèi)），對梁體施加預(yù)應(yīng)力，以預(yù)加力產(chǎn)生的反彎矩抵消部格外荷產(chǎn)生的內(nèi)力，達到改善梁的使用功能和提高梁的承載能力的目的。體外預(yù)應(yīng)力加固是目前采用較多的加固方法之

6、一，特殊適用于在大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土繼續(xù)箱梁和繼續(xù)構(gòu)箱梁橋的加固。體外預(yù)應(yīng)力筋錨固在梁端（或中間）橫隔梁上，跨間用轉(zhuǎn)向塊調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力筋的角度，以適應(yīng)梁的受力要求。嚴(yán)格來講，體外預(yù)應(yīng)力、體內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力、包括斜拉橋在內(nèi)，都屬于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)理論分析的核心問題是預(yù)應(yīng)力鋼束在各受力階段的應(yīng)力增量計算問題。2、3技術(shù)特點與平凡預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比，體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有如下主要優(yōu)點：體外預(yù)應(yīng)力鋼筋可以是不行更換的，也可以設(shè)計成可更換、可補拉的，可更換的體外力筋，易于修理、養(yǎng)護、加固；體外預(yù)應(yīng)力加固舊橋構(gòu)造容易，簡化了施工；因為梁肋中不設(shè)管道，避開了截面減弱；體外配筋方式取消管道灌漿工

7、序可實現(xiàn)全年施工，對處于嚴(yán)寒地區(qū)的北方各省具有非常重要的現(xiàn)實意義；減小了鋼筋束的摩阻損失，預(yù)應(yīng)力筋利用效率高，力筋應(yīng)力變化幅值小，對抗疲憊有利。體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土橋梁在我國的推廣應(yīng)用，為解決工程上長期困擾的混凝土耐久性問題提供了可能，橋梁耐久性的提高，使用壽命的延伸（換一次索或補拉一次，可延伸使用壽命長達年），可為橋梁養(yǎng)護管理及加固補強帶來可觀的直接經(jīng)濟效益，其間接和長期經(jīng)濟效益亦相當(dāng)顯著。3、高強復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固體系目前，工程上應(yīng)用的高強復(fù)合纖維主要有芳倫纖維及碳纖維（），因為碳纖維材料在橋梁加固中的應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，故本文主要推薦碳纖維預(yù)應(yīng)力加固。3、1問題提出工程上采用較多的是在結(jié)

8、構(gòu)受拉區(qū)或抗剪薄弱區(qū)域，直接粘貼纖維的加固方法。就實際工程中大量碰到的承載力加固而言，采用在受拉區(qū)直接粘貼碳纖維布的被動加固方法，后加補強材料是不能充分發(fā)揮作用的。根據(jù)分階段受力特點，直接粘貼的后加補強材料只擔(dān)當(dāng)活載內(nèi)力；與原梁鋼筋相比，其應(yīng)變嚴(yán)峻滯后。極限狀態(tài)下，其強度的發(fā)揮程度受原梁變形的限制，一般狀況下達不到其抗拉強度設(shè)計值。計算表明，對原梁高度較小、配筋率較大的狀況，加固設(shè)計以混凝土壓應(yīng)變達到極限值控制設(shè)計，在極限狀態(tài)下，后加補強材料的應(yīng)力僅為，此值只相當(dāng)碳纖維抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值的（）；對原梁高度較大、配筋率較小的狀況，加固設(shè)計以原梁鋼筋應(yīng)變達到極限值控制設(shè)計，在極限狀態(tài)下，后加補強材料的

9、應(yīng)力也惟獨左右，此值相當(dāng)碳纖維抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值的。因為受原梁變形限制，在極限狀態(tài)下高強復(fù)合纖維的高抗拉性能根本無法充分發(fā)揮作用，造成一種極大的奢侈。而且，不加分析的盲目增強后補強材料的用量，加固后構(gòu)件可能發(fā)生超筋脆性破壞，設(shè)計是不平安的。3、2作用原理為了提高碳纖維材料的利用效率及增加舊橋加固效果，對碳纖維材料施加預(yù)應(yīng)力是一種有效的主意。碳纖維預(yù)應(yīng)力加固的作用原理為，利用錨固粘貼于被加固梁體上的碳纖維布條（或板條）對梁體施加預(yù)應(yīng)力，改善加固梁的受力狀態(tài)，其關(guān)鍵技術(shù)是解決適應(yīng)于橋梁現(xiàn)場施工的預(yù)應(yīng)力纖維（或板）的張拉、錨固問題。目前，這種加固體系尚處于實驗研究階段。3、3技術(shù)特點高強高效。因為優(yōu)異的

10、物理力學(xué)性能，在加固修補混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達到高效加固修補的目的。線膨脹系數(shù)與混凝土臨近，保證了溫度變化時，與混凝土可以協(xié)同工作。施工便捷、工效高、沒有濕作業(yè)，不需大型施工機具，施工占地少，施工效率高。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，粘貼是粘貼鋼板施工工效的倍。輕質(zhì)松軟，易貼附，與粘貼鋼板相比其施工質(zhì)量更易保證。不增強構(gòu)件的自重和體積。質(zhì)量輕且厚度很薄，經(jīng)加固修補后的構(gòu)件，基本上不增強原結(jié)構(gòu)的自重和尺寸，也就不會削減建造物的使用空間。具有很好的耐腐蝕性和耐久性能。實驗表明：碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維具有良好的耐腐蝕性和耐久性，

11、可以抵擋建造物中常常碰到的酸、堿、鹽等對結(jié)構(gòu)的腐蝕。使用此材料加固后，不僅不需要對其舉行定期維護，而且其本身更可以對內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)起到庇護作用。適用面廣。可廣泛用于各種結(jié)構(gòu)類型（如建造物、構(gòu)筑物、橋梁隧道、涵洞、煙囪等）、各種結(jié)構(gòu)樣子（如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等）、各種結(jié)構(gòu)部位（如梁、板、節(jié)點、拱、殼、墩等）的加固修補，且不轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)樣子及不影響結(jié)構(gòu)外觀，這是目前任何一種結(jié)構(gòu)加固方法都不行比擬的。4、有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系4、1作用原理利用錨固于被加固梁體上的小直徑預(yù)應(yīng)力筋，對梁體施加預(yù)應(yīng)力，然后噴注具有較高抗拉強度的復(fù)合砂漿，將預(yù)應(yīng)力筋與被加固梁體粘結(jié)為一體，構(gòu)成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力

12、加固體系以其預(yù)應(yīng)力筋錨固容易、張拉施工便利、結(jié)構(gòu)耐久性好，材料利用效率高的技術(shù)優(yōu)勢受到國內(nèi)外土木工程界的重視。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系特點適用于中、小跨徑鋼筋混凝土梁、空心板梁、箱梁橋的加固，尤其是對高速大路及城市立交工程中大量采用的中等跨徑的鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土繼續(xù)箱梁橋，因為受箱梁高度的限制，在箱內(nèi)布置體外預(yù)應(yīng)力筋有困難的狀況下，采用在箱梁底板部增設(shè)預(yù)應(yīng)力筋，然后噴注高性能抗拉復(fù)合砂漿的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系是抱負的加固方案之一。4、2技術(shù)特點與體外預(yù)應(yīng)力加固體系相比有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系的突出優(yōu)點是：能最大限度的發(fā)揮后加補強材料的作用，提高材料的利用效率；噴注的高性能抗拉復(fù)合砂漿庇護層?？固蓟涂孤入x子侵蝕能力強，庇護鋼筋免于銹蝕，提高結(jié)構(gòu)耐久性，延伸結(jié)構(gòu)使用壽命；靠小型錨具和高性能抗拉復(fù)合砂漿粘結(jié)的雙重作用錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋，錨固工作更為平安牢靠。4、3進展前景韓國公司的工藝具有有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固特征，但所采用的砂漿和預(yù)應(yīng)力鍍鋅軟鋼絲所有從國外進口，工程造價偏高，市場競爭力受到一定的影響。為適應(yīng)橋梁加固市場的需求，國