体外预应力桥梁加固技术的研究
体外预应力技术在桥梁加固中的应用探讨
体外预应力技术在桥梁加固中的应用探讨摘要：随着预应力技术的发展，新预应力材料和锚固体系的出现，使得这技术和方法在桥梁加固领域的应用前景非常广泛。
体外预应力尤其适用于中小跨径的桥梁，对于大跨径桥梁，宜配合采用其他方法综合加固。
本文结合工程实例，重点介绍了体外预应力技术实施加固维修的实例，以期对体外预应力技术体外预应力技术在桥梁加固中的应用研究起到推动和参考作用。
关键字：桥梁工程；体外预应力；加固；技术1 体外预应力的概念及优点1.1 体外预应力的概念体外预应力，就是把预应力索放在梁的主体结构之外，只通过两端的锚固以及梁中的转向装置与梁体相连。
体外预应力技术是后张预应力体系的重要分支, 它与体内预应力即传统的布置于混凝土截面内的有粘结或无粘结预应力技术相对应。
采用体外预应力技术加固混凝土结构时体外预应力束一般采用折线形按在梁的跨中部分,体外预应力束布置在腹板下缘,在离支座(1/3～1/4)L 处,体外预应力束向上弯起,锚固在梁的两端。
1.2 体外预应力加固技术的优点1)施工简单，快速，在施工过程中,无需封锁交通，原结构仍可使用,减少交通压力。
2)运用体外预应力加固时，无需改变截面大小，不会增加结构自重,使得荷载增加。
3)由于预应力筋与混凝土截面分离,提高了混凝土的质量和耐久性，这样便于对混泥土的加固和维修。
4)预应力束基本不占用结构空间,不会因为预留孔的存在而降低结构的承载能力,也避免降低结构的使用功能。
5)体外预应力束在工厂定制，质量有保证。
体外预应力是后张预应力体系的重要分支之一，由于无需后浇混凝土，可避免由此带来的预应力损失。
2 加固机理和常用方法体外预应力加固的施力工具通常采用粗钢筋、钢绞线、高强钢丝等材料,其机理现以桥梁为例来说,在体外对桥梁上部结构施加预应力,以预应力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力,从而达到改善桥梁使用性能并提高承载能力的目的.如图1图1（a）未加固前图一(b)体外预应力加固后3 体外预应力加固常用方法根据施加预应力的方式不同, 桥梁体外预应力加固的常用方法有：横向收紧张拉法、纵向张拉法、竖向张拉法等。
桥梁体外预应力加固技术研究
２ 桥梁体 外预应 力加 固技术的作用机理
体外预应力加 固的作用原理是通过减 少结构的变形 ， 使裂 缝 宽度 缩小甚 至完全 闭合 ， 提 高结构总承 载力 ， 改变原 结构的 内力分布， 在梁体 外布设钢材 的拉杆或撑杆 ， 同时连接被加 固 的梁体锚 固，通 过施 加预应力强迫后加的拉杆或撑杆受力 ， 从 而 降低原结构应力数值 。
者 转 向块 与 转 向块 之 间 。
通常包 括悬臂梁 、 简支梁和连 续梁等 方面的加 固， 为了改善桥
梁 的受力状况 ， 达 到提高桥梁 承载 能力的 目的， 可在 梁体外 部
１ ． ５ 施工机 具
体外 索的张拉机 根据张拉 的要求分 为单孔千 斤顶和整 体 千斤 顶， 前者用于 施工空 间狭 小或单孔 分丝张拉 的位 置 ， 后者
用于整体张拉的位置 。
设置钢筋或钢丝束 ， 例如梁底与梁两侧 ， 并施加预应力 。从力学
特征上说 ， 在 同一截面上体外预应 力索 与周围结构主体 的变 形 是不协调 的。体 外预应力把预应力筋布置在主体 结构之 外 ， 是 针对体 内预应力而言的。体外预应力技术用于桥梁 加固称 为体 外预应力加 固。当体外预应力索应用于混凝土结构时就被称 为 体外预应力混凝土结构。 桥梁体 外预应 力体系是位 于构件主 体截面 以外 的一种使 用完全预应 力束 来对 构件 施加预应力的结构体系 ， 是后张预应 力体系 的重要 的分支之一 。作为结构加 固最有效 的手段之 一 ，
ｌ 体外预应 力的组成
１ ． １ 预 应锚 具
与 一 般 体 内预 应 力 锚 固体 系 相 比 ， 体 外 预 应 力 锚 固 体 系 的
滑块 间产生 了相 向滑动 ， 同时产 生 了竖 向压 力和摩 阻力， 它们
公路梁桥体外预应力加固设计与施工技术
公路梁桥体外预应力加固设计与施工技术一、体外预应力加固技术概述体外预应力加固法能较大幅度地提高构件的承载力，且它具有施工简单、合理、方便等优点，己成为桥梁界的新热点，现而今，预应力加固主要用于旧桥的加固，收到很好的经济和社会效益，是一种有效的主动加固法。
体外预应力加固技术有如下几大的特点：1加固效果显著。
一方面，体外预应力加固技术的施工所需设备和人员较少，不仅简单易操作，施工布置还可以灵活调整，施工周期较短且经济效益好。
另一方面，体外预应力加固技术增加的重量不大，可以灵活调整达到原结构的应力状态，达到加固的最佳效果。
而且还能够较大幅度地提升旧桥梁的承载能力和结构刚度，有效防止桥梁的裂痕，是桥梁的饶度大幅度减低。
同时，体外预应力加固技术不但可以用于中小型桥梁的加固，还可以应用于大中跨度的连续体桥梁的加固。
2施工对交通影响小。
体外预应力加固技术在施工中不需要中断交通，只需要短时间的限制交通就可以进行施工。
因此，在施工中对桥上交通的影响很小。
另外，体外预应力加固法技术的应用可做到不影响桥下的净室，不抬高路面的标高，对桥梁本身的损伤较小。
3后期维护简单。
体外预应力加固技术的另一大优点就是加固之后便于桥梁和体外预应力设备的维护与维修，能够随时更换预应力的应力筋。
同时，可以随时对体外预应力加固技术的应力筋实施实时监控，对出现裂纹或者腐蚀情况的应力筋进行及时的修复和更换。
这既能够保证工程施工的安全性又能够节约成本。
4在路桥工程施工过程中，预应力加固法主要应用于悬臂梁、连续体系梁与简支梁桥的结构加固，促进其在使用中更加稳定、安全、牢固。
在路桥施工中应用预应力加固法，不但可以有效降低或消除局部裂缝现象，而且有利于减小梁体挠度，使得路桥结构中不同界面都达到最为理想的应力状态。
二、计算模型分析在体外预应力结构中,体外预应力索与混凝土结构为点接触连接,组成了一个内部超静定结构体系。
结构分析采用桥梁博士软件进行分析计算。
体外预应力技术在桥梁加固工程中的应用
体外索 预 应力 结构
加固
文章编号 ：１０ ．９ ３（０ ０ ０ －０ —２ ０ ７３ ７ ２ １ ） ３０ ６０ 主动改变结构 的应力状态， 加固效果更加显著可靠 ， 且可 以通
文献标识码 ：Ａ
１ 引 言
随着 改革开放 以来 的经济高速发展，社会生产力的快速 过监控梁体应变等方法直观的检测 到。
提高，早期修建 的桥梁大多 已经难 以满足现阶段道路运输的 ３１体 外预 应 力 的优 点 ．
增长需求 ， 在大量扩建交通基础 设施 的同时 ， 对大量 旧桥进行
（） １体外预应力体系布置灵活， 以根据桥梁病害进行全 可
加固 已是势在 必行 ，体外预应力技术便在这种环境 中应运 而 桥加固也可以进行局部加固。 （） ２ 体外索仅在锚 固处和转 向处与结构相连 ， 减小摩阻损 生。 ２体 外预应 力体 系的布置形式、 组成及施工方式 ２１根据桥 梁病 害可 以有针对性的设置 ． 常见 的布置形式有 ： 顶板体外索、 腹板体外索、 底板体外 失， 由荷载产生的应力变化分散在预应力筋全长上 ， 应力变化 值小 ， 结构受力 有利 ， 对 提高体外索 的使用效率。 （） ３ 体外预应 力技术是 对原结构的主动加 固， 体外索对 原
顶和配套油泵 。
３体外预应力技术的特点
广
在众多的桥梁加固技术中，只有体外预应力技术可 以在
不改变原桥梁结构形式的前提下增加桥梁的承载能力，大幅
度改善结构的安全性能；相对于常规的结构补强等索对原结构施加新的预应 力，
全桥 立 面 示 意 图
体外预应 力技术在桥梁加 固工程 中的应 用
口 李华威 苏云超
（ 汉二航路桥特种 工程有限责任公 司 湖北 ・ 武 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ １ 摘
桥梁上部结构加固技术—体外预应力加固法
7.5 体外预应力加固法
3. 体外预应力的优缺点 与传统预应力体系相比，具有以下优点：
简化预应力筋曲线，预应力筋仅在锚固处和转向处 与结构相连，减小摩阻损失，提高预应力使用效率 预应力布置灵活，根据桥梁病害可以全桥加固也可 以进行局部加固 锚固构件尺寸小，自重增加少，可有效的大幅提高 结构承载能力。 与原结构无粘结，应力变化值小，对结构受力有利
承载极限状态下体外预应力结构的抗弯能力小于有粘结 和无粘结预应力结构
体外预应力结构在极限状态下可能因延性不足而产生没 有预兆的失效
7.5 体外预应力加固法
3. 体外预应力的优缺点 体外预应力结构亦有其自身的缺陷：
体外索布置在截面外，防腐、保护相对较困难，易受外 界影响
锚固及转向区域容易产生应力集中，局部应力大，对锚 固施工要求高
7.5 体外预应力加固法
体外预应力筋的锚固系统
可更换体外预应力筋的锚具，有钢 绞线束无法放松和可放松两种类型。 若不预留能够再次张拉的长度，钢 绞线束是无法放松的
7.5 体外预应力加固法
体外预应力筋的转向装置
• 体外预应力筋的转向装置由转向结构构造及转向器组成 • 转向结构构造为混凝土结构的一个特殊部分。转向器为直接支
7.5 体外预应力加固法
二、体外预应力系统构造
• 钢管外护套较贵且本身有防 腐的问题，故采用较少；
• HDPE 管已被大量应用，但 其与钢管的连接处必须保证 密封性能良好
7.5 体外预应力加固法
二、体外预应力系统构造
• 为便于预应力筋内穿、检查、 检测及更换钢绞线，外护套 应做成可伸缩式的构造，并 在各伸缩段的连接部位具有 良好强度与密封性
体外索可调可换，便于使用期间进行维护
7.5 体外预应力加固法
公路桥梁体外预应力加固与施工方法
公路桥梁体外预应力加固与施工方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：公路是连接城市和乡村的重要交通枢纽，而公路上的桥梁则是连接两个不同地域的重要枢纽，因此对于桥梁的质量和安全性要求极高。
在桥梁的设计和施工中，预应力加固是一种常用的方法，它可以提高桥梁的承载能力和抗震能力，延长桥梁的使用寿命，因此在公路桥梁体外预应力加固与施工方法方面有着重要的研究和实践价值。
一、体外预应力加固的概念和原理体外预应力加固是指在桥梁结构的外部施加预应力的一种加固方法。
其原理是通过在桥梁结构外部设置预应力杆或预应力束，施加一定的预应力，使得桥梁的受力性能得到改善，从而提高桥梁的承载能力和抗震能力。
在体外预应力加固中，预应力杆或束的材料通常采用高强度钢材，预应力的大小和施加位置需要经过精确计算和施工设计，以确保对桥梁的加固效果。
二、体外预应力加固的施工方法1. 构造计算和设计体外预应力加固的施工首先需要进行结构计算和设计，确定加固位置、预应力杆的布置方式、预应力大小和施工程序等。
在这一阶段需要充分考虑桥梁的结构特点、荷载情况和预期的加固效果，以确保加固的科学性和有效性。
2. 材料准备和加工在进行体外预应力加固之前，需要准备好预应力杆或预应力束的材料。
预应力杆通常采用高强度钢材，需要经过专门的加工和预应力处理，以确保其具有足够的强度和延性。
还需要准备好其他必要的施工材料，如预应力锚具、耐久性胶粘剂等。
3. 加固位置的确定根据设计要求和加固的实际需要，需要在桥梁结构上确定预应力杆或束的布置位置，通常会在桥梁的底部或侧面设置固定端和活动端，以实现对桥梁结构的预应力施加。
4. 钻孔和埋设预应力杆在确定好加固位置之后，需要进行钻孔和埋设预应力杆的工作。
这一过程需要使用专门的钻孔设备和施工工艺，确保预应力杆能够准确地埋设到设计要求的深度和位置。
5. 施加预应力预应力杆或束埋设完成后，需要进行预应力施加。
预应力施加需要根据设计要求，通过预应力设备进行控制和调节，确保预应力的大小和施加速度满足设计要求，同时需要对预应力杆或束进行监测和调整，以确保其在加固中的稳定性和安全性。
体外预应力法在梁式桥梁加固中的应用研究
四、施工工艺
体外预应力加固法的施工工艺主要包括以下步骤：
1、施工前的准备工作：包括对结构的检测和评估，确定需要加固的部位和所 需的预应力筋数量等。
2、安装锚具和预应力筋：将锚具和预应力筋按照设计要求安装在结构上。 3、张拉预应力筋：通过张拉设备将预应力筋张拉到设计要求的吨位。
4、固定锚具：将锚具固定在结构上，确保预应力筋的应力不会损失。 5、喷涂保护层：在预应力筋表面喷涂保护层，防止钢筋腐蚀。
（3）施工难度较大。体外预应力法的施工过程相对复杂，需要较高的技术水 平和经验丰富的施工队伍，可能影响施工质量和进度。
2、注意事项及处理方法
（1）加强体外预应力筋的维护和保养，定期进行检测和维护，确保其强度和 稳定性。对于暴露在环境中的预应力筋，需要采取防氧化、防腐蚀等措施。
（2）在加固设计时，应考虑增加结构的自重，以及其对原结构的影响。可以 通过优化加固方案、选择轻质高强的加固材料等方法来减轻自重增加的影响。
（3）施工
在施工过程中，需要先将体外预应力筋按照计算结果进行布置和固定，再对梁 体进行加固施工。体外预应力筋的布置需要考虑其对原结构的影响，以及加固 后的效果。在施工过程中，还需要进行施工监测和质量控制，确保施工质量和 安全。
3、应用效果
体外预应力法在梁式桥梁加固中的应用效果显著。通过对某高速公路桥梁的加 固实例进行分析，发现采用体外预应力法加固后，桥梁的承载能力得到了有效 提升，同时桥梁的裂缝和变形情况也得到了明显改善。此外，体外预应力法的 施工周期较短，对交通影响较小，得到了业主和路政部门的好评。
（3）在施工过程中，应选择技术水平高、经验丰富的施工队伍，并加强施工 质量的监督和管理。同时，在施工过程中需要进行施工监测和安全控制，确保 施工质量和安全。
桥梁体外预应力加固技术
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1.3 体外预应力的组成
§1 锚具 §2 体外索 §3 锚固块及转向块 §4 减振装置 §5 施工机具
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§1锚具
体外预应力体系仅靠锚固端传力，因此体 外预应力锚固体系的可靠性和安全性比一 般体内预应力锚固体系要高，需使用专用 的体外索锚具和夹片。体外预应力的锚具 的外观尺寸较普通锚具更大，且还增加了 一些辅助配件，如密封装置、防松装置、 防护装置等。
张拉力大的锚固块均采用钢筋混凝土形式 , 钢锚固块适合施工空间开阔且应力较小的 小型锚固块。
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§4 减振装置
体外预应力体系的减振装置用于转向块与 转向块或者锚固块与转向块之间的体外索 自由长度较大的位置，主要目的是减少体 外索在动荷载作用下的振动。
减振装置多为内包橡胶的小型钢结构，通 过种植螺栓与原桥相联系。
转向装置也采用钢结构。
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OVM-SIII型体外预应力钢索
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对体外预应力钢索张拉及固定端进行
剥皮、去油清洗处理。
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人工穿布体外预应力钢索
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安装成型的钢锚箱
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OVM.TSK型体外预应力锚具可 以进行换索，可以调整索力
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。
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体外索锚具密封罩
体外预应力结构的概念最早产生于法国， 体外预应力体系是后张预应力体系的重要 的分支之一, 是一种使用完全位于构件主 体截面以外的预应力束来对构件施加预应 力的结构体系。
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1.2 体外预应力的特点 （1）
体外预应力的优点 1、简化预应力筋曲线，预应力筋仅在锚固处和
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体外预应力桥梁加固技术的研究
摘要：体外预应力，就是把预应力索放在梁的主体结构之外，只通过两端的锚固以及梁中的转向装置与梁体相连。
体外预应力尤其适用于中小跨径的桥梁，对于大跨径桥梁，宜配合采用其他方法综合加固。
关键字：体外预应力；加固；技术。
1体外预应力的概念及优点
1. 1体外预应力的概念
体外预应力技术是后张预应力体系的重要分支, 它与体内预应力即传统的布置于混凝土截面内的有粘结或无粘结预应力技术相对应。
采用体外预应力技术加固混凝土结构时体外预应力束一般采用折线形按在梁的跨中部分,体外预应力束布置在腹板下缘,在离支座(1/ 3～1/ 4) L 处,体外预应力束向上弯起,锚固在梁的两端。
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1. 2体外预应力加固技术的优点
1)施工简单，快速，在施工过程中, 无需封锁交通，原结构仍可使用,减少交通压力2)运用体外预应力加固时，无需改变截面大小，不会增加结构自重,使得荷载增加。
3)由于预应力筋与混凝土截面分离, 提高了混凝土的质量和耐久性，这样便于对混泥土的加固和维修。
4)预应力束基本不占用结构空间,不会因为预留孔的存在而降低结构的承载能力,也避免降低结构的使用功能。
5)体外预应力束在工厂定制，质量有保证。
体外预应力是后张预应力体系的重要分支之一，由于无需后浇混凝土，可避免由此带来的预应力损失。
2 加固机理和常用方法
体外预应力加固的施力工具通常采用粗钢筋、钢绞线、高强钢丝等材料,其机理现以桥梁为例来说,在体外对桥梁上部结构施加预应力,以预应力产生的反弯矩部分抵消外荷载产生的内力,从而达到改善桥梁使用性能并提高承载能力的目的. 如图一
图一（a）未加固前
图一(b)体外预应力加固后
3 体外预应力加固常用方法
根据施加预应力的方式不同,桥梁体外预应力加固的常用方法有：横向收紧张拉法、纵向张拉法、竖向张拉法等。
3.1横向收紧张拉法
梁的两端间隙很小时,一般采用横向收紧张拉法。
此法是在梁的下缘对称梁中线安装预应力筋,在距梁端适当距离处弯起并通过支点锚于梁端的锚固钢板上,锚固钢板呈Ｕ形套在梁端的下翼缘上。
水平段的预应力筋用撑棍分成若干段, 两端的撑棍还起到支点的作用。
在每段中点用拉紧螺栓将两对称筋收紧,拉杆即产生预应力。
3.2纵向张拉法
纵向张拉法是沿预应力筋的轴线施加预应力的方法。
预应力筋沿梁底布置,到梁的两端设导向块处弯起,锚固于梁的腹板或顶板上,再沿梁底或梁顶进行纵向张拉,以减小梁端的剪力。
纵向张拉锚固构造主要有两种,梁顶锚固和腹板锚固。
体外预应力筋张拉方法与其构造形式有关,张拉位置可以在梁顶沿斜筋方向张拉,亦可在梁底沿水平方向张拉。
其张拉程序与预制混凝土梁的相同。
3.3竖向张拉法
当采用纵向张拉法不便施工时,可采用竖向张拉法。
此法采用在梁肋两侧对称布置预应力筋,一般在梁端肋侧锚固,在预应力筋中部竖直向上张拉, 在梁肋底部用小横梁固定预应力。
横梁的作用在于固定竖向张拉产生的钢筋预应力,根据具体情况,横梁可以设计成锚固于梁肋上不能滑动预应力筋的固定支点或可以在梁底活动的活动支点。
4 体外预应力加固施工工艺
在该桥加固措施中,施加体外预应力是难点,也是关键点,且体外预应力施工质量的好坏直接影响到全桥的加固效果。
体外预应力施工工艺主要流程为:施工方案编制→施工机具准备→转向器安装→体外索穿索→穿入限位装置→安装锚头→单根张拉体外索→防松装置及保护罩的安装→保护罩及锚头内灌注防腐油脂防护。
5 工程实例
某连续刚构桥梁建于80年代由于养护不当,汽车超载等因素，下缘混凝土破损,部分混凝土脱落,已出现纵向贯通裂缝,主钢筋已严重锈蚀。
随着交通量的增
长，桥面已出现下沉，偏差原来桥面设计标高。
为了保证不长期中断交通经过研究分析，采用体外预应力的方法对桥梁进行加固。
加固方案如图二
图二体外临时预应力索示意图
5.1 恢复桥面设计标高
恢复桥面高程就是通过体外预应力作用桥跨跨中，给桥面一个向上的作用力，使得桥梁跨中应受力反弹复位，抵消或减小桥面下沉挠度，使得桥面恢复到原来的设计标高。
通过采用临时横向钢桁架体外预应力索来恢复桥面标高。
当首先采用横向排架支撑、体外预应力索对桥梁标高临时实施校正，即在病害桥梁体外、跨中截面的下侧和支点截面的上侧架设横向预应力转向桁架，通过这个临时措施，把需使得桥面抬高的力转接给桥墩，方便高效，通过调整预应力的大小，逐步把桥面抬高到原来设计标高。
5.2截面裂缝修补
由于交通量的增长和偶然荷载的撞击，使得桥截面出现裂缝。
由于刚桥跨中下挠较大,桥面裂缝出现在墩顶范围内,而在跨中裂缝则出现在梁的底板、腹板及翼板上。
采用高强度粘接剂，对裂缝实施灌浆封闭，而后再利为保证裂缝普查精确,使用专门的检查仪器(25 倍读数显微镜)进行裂缝普查,然后封闭所有大于0. 3mm的裂缝,插入压浆嘴将高分子材料压入并填充裂缝。
对于L／4处的腹板斜裂缝，还应当采用钢板进行加强。
如图三
图三钢板加固
5.3转向结构施工
由于在梁内施加体外预应力钢索,为减少对原桥的破坏,，即根据加固设计要求确定体外预应力索固定点,以满足受力要求并确保施工质量，钢结构形成骨架后,将用两钢板将钢制构件之间浇筑C50 钢纤维混凝土填实。
同时遵照“墩顶靠上,转向贴底”为原则，将转向钢管经过试安定位,所有铁件外露部分需作环氧树脂防腐。
5.4加固效果分析
由实践和数据证明（如图四，时间-位移表）,体外预应力是一种有效的加固技术,效果明显,同时还具有良好的防腐性及抗疲劳抗裂性。
体外预应力受力图式安全可靠,并且在后期管理中易检查和更换,方便维修及调整索力。
体外预应力能够较大幅度地提高旧桥承载能力,同时施工时可不中断交通或短时间限制交通。
施工时所需的人力物力少、工期短,经济效益明显，不影响对结构物损伤小,不影响净空和标高，是一种理想的加固方法。
图四时间-位移图
6 现状与前景
我国体外预应力技术的研究工作和设计理论还未成熟，有关试验研究也不多见，大量的问题需要进行试验研究和理论分析,以便找到一种可靠、通用、准确、合理的计算理论和计算方法。
因此研究体外预应力桥梁结构相关计算理论已成为当务之急，同时还应对所涉及的设计施工方面问题进行深入探讨，创新施工新工艺。
由于体外预应力相对于普通加固方式具有明显的优越性，所以体外预应力在以后的工程中一定会得到推广和改进。
参考文献：
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