李艳琴

【摘要】随着经济的发展，各类重型车辆数目爆发式的增长，加重了桥梁的负担，因此必须充分利用预应力技术对桥梁进行加固。对具有受拉边为大平面结构的桥梁，如中、小跨径的板式桥、小箱梁及大箱梁桥的顶底板等，采用通常的预应力方法加固时，由于布筋不便，难以实现。因此，寻找一种合适的加固方案是我们面临的新问题。本文结合已有的桥梁加固理论介绍了一种新型的预应力体系加固理论，并论述了预应力体系加固理论研究趋势

【关键词】预应力体系；桥梁结构

一.预应力体系加固研究分析

预应力加固从根本上解决了后加补强材料应变（应力）滞后问题，可以充分发挥后加补强材料的高抗拉性能，提高后加补强材料的利用效率；由于预加力的作用改善了原梁的应力状态，可以提高原梁的承载力和抗裂性能。正截面抗弯加固要加预应力，斜截面抗剪加固也要加预应力。预应力技术是20世纪最具革命性的结构构思，已广泛用于土木和建筑工程。针对桥梁带载加固后加补强材料应变（应力）滞后的先天不足，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。

目前国内对该预应力体系加固板桥有过一些工程实践，但未公开重要的技术参数及工艺，作为覆盖层的高强度复合树脂砂浆只能工厂生产，还未能现场配置，且价格较高，难于推广应用。加上国内的板式板比较复杂，有现浇的、有预制的、有钢筋混凝土的、有预应力混凝土的、有实心的、有空心的，且空心的形式五花八门，对预应力的施加传力及锚固都会产生重大的影响，因此有必要研究各种情况下该体系的设计方法及实施工艺，以满足现实生产的广泛的需要。

国外对采取预应力加固板式桥、小箱梁及大箱梁桥的顶底板等大平面结构的研究起步早些，但采用先张拉后覆盖的方法，采用的覆盖层为高强度复合树脂砂浆，价格较高，在国内根本不能普及应用。经近几年对发达国家的桥梁加固技术水平有相应的研究和了解，目前发达国家对钢结构桥梁加固技术研究较多，因发达国家的桥梁大多为钢桥，我国的桥梁大多为混凝土桥梁，国内外对混凝土桥梁的加固技术研究水平状况与国内差不多，都存在类似问题，只是程度不同而已。

二、桥梁结构预应力加固体系及受力分析

加固薄弱構件的方法很多，从工作原理上可划分为被动加固和主动加固两大类：直接加筋类被动加固和预应力主动加固。承载力加固是确保结构安全工作的基础，设计时必须考虑桥梁带载加固分阶段受力特点，后加补强材料应变（应力）滞后是影响加固构件工作性能、制约后加补强材料利用效率和控制加固工程成本的瓶颈。预应力主动加固技术是承载力加固的首选方案。其优点如下：

1、由于自重增加小，减小了对墩台及基础受力状况的影响，可节省对墩台及基础的加固量；

2、施加体外预应力加固可以改善桥梁恒载的内力分配，增加全桥刚度，闭合裂缝，并调整变形；

3、还可以较好的提高梁体的抗弯截面模量，减小梁体绕度，减小受拉区梁体裂缝，从而调整原结构的受力状况，提高刚度及抗裂性；

4、可在不限制通行的条件下进行加固施工，既可作为桥梁通过重车的临时加固手段，也可作为永久提高承载能力的措施。现有的桥梁结构预应力加固体系主要有以下4类：（1）体外预应力加固体系；（2）无粘结预应力加固体系；（3）高强复合纤维预应力加固体系；（4）有粘结预应力加固体系。

三、新型的桥梁结构预应力体系加固原理

此种预应力加固受弯构件时的应力计算分为二个阶段计算，即全张拉阶段和放张阶段。

1、全张拉阶段。该阶段为张拉应力筋阶段，可以不中断交通施工，作用于构件上的荷载不仅有构件的自重、活载、温差等，还有预加力。施加预应力在板或梁的受拉边，在受拉边开裂后，开裂截面（也是控制的计算截面）受拉边砼的拉应力已经释放，即该截面在现有的所有荷载作用下，受拉边缘砼应力为零。要使裂缝闭合或宽度减小，就要对受拉边砼施加预压应力。开裂截面受拉区的砼虽然不能承担拉应力，但能承担压应力，预应力加固后只要受拉边缘不出现拉应力或裂缝，截面的几何特性应按全截面计。

2、放张阶段。该阶段是在覆盖预应力钢筋的砂浆达到强度以后，对部分钢丝进行对称地放松，放松的预应力钢丝已经与砂浆粘结在一起，利用钢丝的回缩对覆盖的砂浆层也施加一定的预应力，相当于先张法对砂浆层施加预应力。而未放松的钢丝仍通过锚座端对原构件施加预压应力，相当于后张法对原构件施加预应力，但该部分预加力比第一阶段施加的预应力

小了。也就是说在该阶段砂浆层边缘的应力只有放松的预应力钢筋对其产生压应力，按先张法计算。而原构件受拉边缘及受压边缘砼的应力为放松钢丝按先张法施加的应力与未放松钢丝按后张法施加的应力之和。

加固后截面的几何性质（计入砂浆层）同样按全截面考虑。本加固方法采用分散锚固及分散应力传递的方式，结合先张法及后张法的优点，使用普通砂浆覆盖，并使之也产生预压应力，而非采用昂贵的高性能砂浆，解决目前板式桥、小箱梁及大箱梁桥的顶底板等大平面结构不能采用预应力加固的难题。通过建立模型，计算分析预应力在不同阶段的应力传递机理，结果表明此加固方法具有可行性与适用性。

四、预应力体系加固理论研究的趋势

由于体外预应力近二十年来才在工程中开始大量应用，所以与体内无粘结和有粘结预应力相比研究较少。目前国内外对体外预应力的二次影响和正截面承载力的计算方面的研究相对较多，但是大多试验都是针对简支梁，而且很多是通过计算机非线性有限元分析方法进行研究，还没有适合工程实用的简单方便的计算公式。对于其他方面，比如斜截面承载力、构件的短期刚度和长期刚度计算、裂缝宽度的计算、结构的动力性能、预应力损失的计算及其体外预应力结构的抗震性能等，有的研究刚刚开展且大多是定性的研究，有的则还没有进行相关的研究。目前，体外预应力许多方面的计算是借鉴体内无粘结预应力的公式。如上所述，由于二次影响的存在使得体外预应力梁的承载力低于体内无粘结预应力梁的承载力，而且梁的跨高比越大差别越大，这就给工程带来了安全隐患。我国越来越多的旧有建筑物需要加固处理，但是研究工作的相对滞后阻碍了体外预应力这一最有力的加固技术的应用和发展。

今后迫切需要进行更加全面而系统的试验研究，更深入了解体外预应力体系的工作性能，并将定性与定量问题结合起来，给出计算承载力、短期和长期刚度、裂缝宽度、动力反应及预应力损失等方面简单实用并和我国规范相统一的计算公式。同时，笔者也建议在无粘结预应力规程中增加体外预应力部分的内容，从而推动体外预应力结构的应用和发展。

结束语

预应力加固即在加固过程中建立永久的，与外部荷载作用相反的内力以及内应力，以达到消除结构或构件的小部分的外力，改善预应力在不同条件下的变形性能，提高桥梁的坚固强度，从而提高承载力，确保结构安全地工作，达到加固的主要目的。

参考文献：

[1]单成林.旧桥加固设计原理及计算示例[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）》[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]赵坤侠 浅议预应力加固体系在公路桥梁施工中的方法[J] 城市建设理论研究 2013年22期