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摘要：在桥梁结构加固设计中，体外预应力做为主动加固方法被大量采用，其在提高桥梁抗弯承载力以及桥梁刚度方面均有明显的效果。本文结合工程实例，详细介绍了空心板梁体外预应力加固法的计算模式及施工工艺，为类似项目的实施提供依据。
关键词：体外预应力；空心板梁；抗弯承载力；转向块
1.工程概况
偏石滩大桥位于嘉陵江右岸支沟青牛沟右岸支沟偏石滩河。设计桥长167.00m，桥宽5.5m，其中车行道宽4.5m，设计桥型为8×20m预应力混凝土简支空心板，桥面连续，桥台采用U型重力式和扩大基础，桥墩基础为嵌岩桩基础。
1）公路等级：等外路。
2）设计行车速度：15km/h。
3）设计荷载：本桥设计汽车荷载为公路-Ⅱ级。
桥梁上部结构采用20m预应力砼简支空心板梁，每跨横向布置3片，边板梁高95cm，顶板宽195.5cm。中板梁高95cm，顶板宽141cm。为了增强支点附近的抗剪能力和满足预应力钢束锚固的要求，梁端部腹板加宽到与马蹄同宽。
1.1桥梁病害
1）边板4-1腹板上出现3道连接至底板的通体裂缝；中板4-2跨中位置有新增裂缝，中板4-2跨中1.5m范围内发现有8~12条裂缝。
2）检测公司选择中板4-2两条较大裂缝进行缝深测量，测量两条裂缝缝深分别为9.7cm，11.7cm，梁底板宽度为10cm，可以确认为贯通裂缝。
3）第4跨静载试验时，加载30t荷载（设计荷载的一半）后，发现传感器读数异常，30t荷载产生的应变相当于设计荷载60t产生的应变。当即停止试验。
4）加载配重车辆后，测量最大缝宽为0.8mm。
5）钢卷尺测量，中板4-2底板跨中位置高程低于边板4-1、4-3分别为3cm、7cm。
2.维修加固措施
2.1主梁加固措施
本桥采用体外预应力下撑式拉杆构造加固法进行空心板梁加固补强。
主梁通过增设体外预应力提高跨中抗弯承载能力。梁底对称各设置一束5-φ15.24体外预应力，体外预应力采用外包PE的成品索，标准强度为1860MPa的环氧喷涂钢绞线。钢绞线在以跨中为中心的8m范围内为直线束，锚固处钢绞线中心距梁底面为10cm，在距跨中4m位置处设置转向装置，钢绞线弯起锚固于梁底板，体外预应力导向装置通过粘钢胶及螺栓与梁体连接成为整体。
2.2设计计算
由计算可知，空心板梁设计抗弯承载力为1566kN.m。根据第4跨静载试验，体外索的设置应能抵抗783kN.m的弯矩。
根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）7.2.3条规定，采用预应力下撑式拉杆加固钢筋混凝土梁时估算预应力下撑式拉杆的截面面积Ap：
则需要根数：6根，分成两束，其在横桥向布置方式见下图。
图2.1锚固端示意图
3.加固效果验算
3.1基本计算资料
1）主要材料指标：
主梁混凝土：C40；预应力钢筋：钢绞线6-Ф15.24
2）荷载组合：
作用效应基本组合：1.2恒载＋1.4活荷载。
作用效应短期组合：恒载+0.7汽车荷载（不计冲击力）
空心板在张拉预应力筋时，钢绞线的伸长值仅能达到设计值的70%左右，故初步判断预应力筋张拉控制应力达到设计值1395MPa的70%左右，计算中，张拉控制应力为976MPa。
计算施工阶段跨中截面最大弯矩：1900kN.m，剪力：270kN，跨中最大下挠
ω1=34mm>L/600=33mm。
3.2跨中截面抗裂验算
锚固点设置于距梁端1m处，跨中转向块中距为8m。预加力等效荷载及效应见下图。锚固点的设置使支点附近的正弯矩增大。只选择跨中截面进行正截面抗裂验算。
图3.2预加力产生的内力图
1）跨中正截面抗裂验算
荷载长期效应组合计算弯矩值：
2）体外索作用下梁体挠度计算
图3.3预加力等效弯矩作用图
3.3支座截面抗剪承载力计算
支点至锚固点梁段的剪力在体外索作用下增大，对原梁抗剪不利，而在支座处剪力最大，故验算支座处内截面抗剪承载力：
斜截面抗剪符合要求。
3.4验算结论
根据验算，增加体外索5-Ф15.24，共两束，张拉控制应力1116
4.主要施工工艺及要求
4.1体外预应力束施工
1）按照设计图纸，加工转向块，并安装就位。
（1）对转向块钢板与梁肋接触区域的混凝土表面，凿除表层混凝土，深度为5mm至10mm，粘合面用乙醇类试剂刷洗干净。注意表面应清洁干燥。
（2）转向块制备：按设计要求分块下料，完成转向块钢板间的焊接，焊缝采用I级焊缝。
（3）粘贴转向块：采用灌注法黏贴钢板，胶层厚度在4mm左右，利用专用支架使钢板就位，粘合钢板时应采取辅助措施给钢板均匀加压，保证钢板粘贴牢固。
（4）灌注结构胶：进行气密性检查，安装压浆嘴，无漏气时开始灌胶作业。
（5）养护检验：自然养护七天，作抗压强度试验评定；用敲击法听声音和感觉判定是否灌注饱满。若有空隙区应补压胶。
（6）钢板防腐：对钢板外露面进行人工和动力工具打磨，表面光洁度达到St3级标准，表面处理经监理工程师验收后立即进行涂层施工，并在4小时内涂装完毕，涂装后应对涂膜认真维护，在固化前避免雨淋、曝晒及刮蹭，避免对涂层的损伤。
2）按照图纸，安装预应力束及锚具，预应力束需穿过转向块。
3）预应力束张拉应在有经验技术人员指导下由固定工班进行操作，不允许临时工承担此项工作。每次张拉均应有完整记录，且应在监理在场的情况下进行。
4）预应力钢束应对称两端张拉。
5）张拉操作步骤：初张拉（张拉力为0.2倍设计张拉力P）—持荷5分钟—量测延伸量δo—张拉并维持设计吨位P—持荷5分钟—量测延伸量δ1—回油—量测延伸量δ2。
6）预应力束张拉采用延伸量与张拉吨位双控，延伸量误差范围为±6%。
7）钢绞线张拉时不允许断丝，一旦出现断丝，必须更换整束钢绞线。断丝是指锚具与锚具间，钢丝在张拉或锚固时破断。
8）千斤顶和油泵必须配套标定和配套使用。
5.结论
通过体外预应力加固后的空心板梁裂缝全部闭合，其下挠亦有了明显的改善，后期运营状况良好，证明本次加固方案合理有效。
论文作者:赵广敏,耍荆荆
论文发表刊物:《基层建设》2018年第16期
论文发表时间:2018/7/18
标签：预应力论文; 体外论文; 荷载论文; 锚固论文; 截面论文; 钢板论文; 弯矩论文; 《基层建设》2018年第16期论文;