贺香宝

（江西有色建设集团有限公司，江西 南昌 330038）

1 桥梁加固的现实意义

虽然公路桥梁因其造价昂贵、作用突出、社会影响大而备受社会各界和工程界重视，人们千方百计确保其工程质量，但其在建设过程中仍然会因条件、工艺、技术等因素而或多或少存在不同程度、不同类型的缺陷，并随着各种不同荷载的反复作用，特别是超限荷载的冲击，造成这些缺陷不断放大或者产生新的结构性病害，继而桥梁成为无法满足使用性能要求的“危桥”。随着我国交通基础设施的不断建设，在役桥梁数量成倍增加、桥梁跨径纪录不断刷新。然而，随着我国国民经济的不断增长，通行于各等级公路桥梁上的交通量与重载交通也骤增；因此，如何保障桥梁运营安全、提高桥梁结构的耐久性也惭惭成为桥梁界一个十分突出的问题。据调查，截止到2007年底，我国已建成各类公路桥梁近36万座，其中有近1.5万座进入“老龄”阶段，随着时间的推移，进入“老龄”阶段的桥梁会越来越多，一些桥梁早已出现各种“病害”，却常年带“病”运营，潜在着巨大的安全隐患[1]。

2 体外预应力加固原理

体外预应力技术是相对体内预应力技术而言，是在构件体外通过锚固体系、转向装置及预应力筋等构造措施对构件施加预应力。体外预应力加固技术相对其他如“增大截面法”、“粘贴钢板法”、“粘贴碳纤维布（板）”等加固方而言是属于一种主动加固桥梁方法。其加固基本原理是：使被加固的结构成为一个带柔性拉杆的内部超静定结构，通过对体外柔性拉杆施加预应力，改变原结构的内力分布，调整原结构应力水平，从而达到提高结构承载能、改善结构抗裂和耐久性的目的[2]。

通过对水平预应力筋张拉，由联结杆传递给锚固体系对梁体正截面预加压应力，从而抵消荷载作用下构件的拉应力而调整构件下缘应力状态提高件承受荷载能力；由于水平预应力筋的张拉通过转向体系对被加固构件预加一个反向负弯矩，消抵各种荷载作用下在构件内产生的正弯矩，从而提高构件正截面抗弯拉能力，反向弯矩的大小取决于一是预加力的大小，二是转向偏心的高度。

3 体外预应力加固工程实例

（1）工程概述。进港大道蕉门桥座落于广州市南沙开发区进港大道蕉门牌坊段，旧桥布置形式为11×16米钢筋混凝土简支T梁，单幅每跨由5片T梁组成，桥梁建造于90年代，原设计荷载等级为汽-20级。T梁翼板宽1.6m，翼缘厚8cm，肋板宽18cm，梁高1.1m，横隔板厚15cm，间距3.58m。

（2）桥梁病害现状。因桥梁经过多年使用，且因桥梁位于南沙开发区的交通主干道上，旧桥的设计已经不能满足日益增长的交通量的需求。经检测桥梁上部构造混凝土平均强度为37.7Mpa，主桥下缘中部多处出现结构性裂缝，最大裂缝宽度达到0.4mm，超过规范容许值的100%。该桥测试跨在基本试验荷载下，部分指标不满足《试验方法》和《桥规》的要求，实测值与理论值相差较大，表明结构工作状态较差。

4 上部构造结构核算

原结构T梁核算按照原设计荷载等级（汽-20）和原《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵规范》（JTJ023-85）要进行，采用midas/civil桥梁软件建立杆系模型。

（1）结构模型。①采用梁单元模拟，每片T梁建立23个节点，22个梁单元。②简支梁一端采用固定铰支梁，另一端采用活动铰支座模拟。

（2）荷载。①结构重力：混凝土重度按25kN/m3计，程序自动计入。②二期恒载：按桥面实际铺装厚度计算。③活载：双向双车道，跨中横向分布系数按照刚接板法计算，取边梁复核，计算横向分布系数为0.583。④主要材料指标：混凝土强度C35，钢筋按HRB335计算。⑤荷载组合按极限承载能力复核，即1.2CD+1.4MV组合。

（3）复核分析结果。如图1，2所示。

（4）原简支单梁跨中承载能力复核。根据原桥梁竣工图纸资料，简支T梁正截面承载能力抗弯矩计算结果为1305.94KN.m，经程序分析计算T梁在使用极限能力组合作用下跨中弯矩为1254.44KN.m。安全系数仅为1.042，安全储备不足，需对原桥梁进行提高承载力加固。

图1 体外预应力承载参数

图2 承载能力复核数据

5 加固实施

（1）体外预应力实施方案。本桥简支T梁体外预应力筋采用在梁纵桥向下缘外侧各安装一根steelbar930精轧螺纹钢，预应力筋通过联结杆与锚固体系联结，锚固体系设计为在梁外侧植筋粘贴钢板，转向装置直接利用T梁横隔板并垫以四氟橡胶板实现。如下图：

图3 T梁体外预方应力体系图

（2）锚固钢板、联结杆均采用Q345C钢板制作，锚固钢板采用植入高强螺杆与梁体联结，梁体与钢板间注粘钢胶。转向装置利用T梁横隔板，在转向装置构件与横隔板间安装3cm厚的四氟滑块实现水平滑移。

（3）预应力筋采用两端张拉，考虑原有梁体混凝土强度偏低，控制应力为60%的预应力筋极根抗拉应力，即558Mpa。

6 体外预应力加固后计算复核

（1）体外预应力模型。加固完成后采用midas/civil建立杆系模型，设计荷载等级（汽-20），梁体单元增加2根体外预应力钢筋。模型如下图：

图4 体外预应力模型

（2）计算条件。与原构件计算条件一致，另增加体外预应力单元，荷载组合同样按承载能力极限作用效应，即1.2CD+1.2CT+1.4MV组合。

（3）分析结果。

图5 预应力加固后梁体位移

图6 预应力加工后梁体弯矩包络

图7 预应力工况梁体弯矩

7 加固前后结果对比

（1）承载能力对比分析。从加固前后模型分析结果表明在极限承载能力组合作用效应下，梁体跨中弯矩由加固前的1254.4KN.m降低到加固后（施加体外预应力后）的812.2KN.m。梁体承载能力提高35.3%，安全系数由加固前的1.04提高到1.61。

（2）刚度对比分析。加固前荷载组合效应下跨中挠度为24mm，加固后跨中挠度为14mm，跨中挠度减少率为41.7%，结果表明在体外预应力加固后桥梁整体刚度大幅度提高。

（3）体外预应力的作用效应。由加固后在预应力工况作用效应下的弯矩包络图表明，在预应力荷载作用下，在梁中段产生向上的负弯矩，同时梁体向上拱起，正是由于负弯矩的产生抵消部分极限承载能力组合荷载作用下产生的梁中正弯矩，从而提高梁体承载能力，达到梁体加固目的。

8 结论与总结

（1）结论。桥梁加固完成后通过对桥梁静载、动载试验检测，检测结果表明：加固后的16m简支T型简支梁桥的各试验控制断面的主要力学测试指标（挠度、应变和裂缝）满足《大桥试验方法》的要求，动载试验结果表明试验桥跨的动力刚度满足设计要求。

（2）体外预应力加固桥梁总结。从理论分析与荷载试验检测结果表明，体外预应力法加固桥梁因改变桥梁内部结构体系，引起结构内部应力重分布从而有效的提高梁体承载能力，作为一种主动加固方法，预应力筋与被加固梁体共同协调变形，提高梁体刚度。体外预应力加固方法，简单易实施，加固成本较低，同时可实现不封闭交通状态下实施，随着桥梁加固数量的增多，体外预应力是一种可靠的提高承载力的加固方法。