桥梁体外预应力加固技术课件
体外预应力加固
体外索加固体系
预应力撑杆加固
梁顶锚固端构造（上锚固端侧视）
钢销锚固构造
摩擦－粘结锚固构造
4.2 体外预力筋加固机理
通过在梁体外布设钢材的拉杆或撑杆，并与被加固的梁体 锚固联结，然后施加预应力，强迫后加的拉杆或撑杆受力，从 而改变原结构的内力分布，并降低原结构应力水平，使结构总 承载力显著提高，且可减少结构的变形、裂缝宽度缩小甚至完 全闭合。
4.体外预力筋加固设计原理和方法
体外预应力桥梁的重新发展，得益于体外预应力加固技 术的完善。
体外预应力加固技术的特点： 1.主动的结构增强技术; 2.提高极限承载能力; 3.改善结构正常使用状态。
关键技术 — 新老混凝土的联结、传力构造
4.1 体外预力筋加固方法
体外预应力加固是指运用预应力原理，在增设构件或原有构件 中，施加了一定初始应力（预应力）的一种加固方法。 ① 水平筋和斜筋由二根粗钢筋组成。斜筋与滑块固定，通常张拉水平 筋牵动斜筋受力。斜筋上端可以锚固在梁顶，图a；亦可锚固在腹 板上，图b。 ② 水平筋和斜筋由一根钢索组成，一般用钢丝绳、钢丝束或钢绞线， 可用手动葫芦张拉水平筋，图c，亦可用千斤顶张拉斜筋，图d。 ③ 斜杆采用刚度较大的槽钢并与楔型滑块构成一体，水平筋可用粗钢 筋、钢丝绳、钢绞线或高强钢丝束。采用张拉水平筋的方式对梁体 施加预应力。
（2）由于预应力筋转向块和锚固点存在着巨大的 集中力，这一区域的受力比较复杂。
（3）由于预应力加固梁桥时预应力筋布置在梁截 面外部，易受环境（如温度、酸性气体等）的影 响。
3.力学特点
预应力加固方法实际上是使被加固结构成为一个 带柔性拉杆的超静定结构，与其他预应力结构或其 他加固方法不同的是：加固前桥梁所受荷载由恒载 和活载组成，预应力筋的张拉控制值是在上部结构 的恒载作用下读取的，即带载加固。因此在计算预 应力筋荷载作用下的应力增量时，应仅考虑活载的 作用。根据上述受力特点，可将预应力加固梁桥结 构分为施加预应力与活载作用两个阶段进行受力分 析。
桥梁体外预应力施工技术
箱内体外预应力布置示意图
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施工工艺流程
施工准备
测定箱梁 原钢束位置
钻孔及孔内处理
新增锚固块 转向块放样
混凝土表面凿毛
安装模板
在箱梁顶面开浇筑孔
穿束 张拉 封锚
混凝土浇筑及养护
减震装置安装
恢复箱梁顶板施工洞
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加固结果
该立交箱梁体外预应力加固工程完成后，在梁墩顶、跨中 截面相应控制点安置应变片进行试验监测，在试验荷载作 用下各截面测试指标均满足设计要求，极大地提高了结构 的整体刚度。
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3 结语
体外预应力技术不仅适用于新建工程，也适用于旧桥 结构的改造与加固。体外预应力结构布置灵活，安全可靠 ，施工方便，可以大幅有效的提高桥梁承载力，特别是在 结构可以正常工作情况下实现调索和换索，是其他加固方 式所无法比拟的优点。
体外预应力技术在新时期的桥梁建设及加固过程中得到 了广泛的应用，取得了良好的社会和经济效益。随着科技 的进步，技术的革新，体外预应力领域也会有更加长足的 发展，该技术也会被越来越多的建筑结构形式所采用。
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整体张拉预应力束
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体外索张拉完成
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1.4 体外预应力的施工工艺
施工准备 监测与验收
体外束锚固与 转向节点施工
防护与减震器 施工
体外束的 安装与定位
张拉与 束力调整
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桥梁体外预应力施工实例
——佛山市大都立交桥加固工程
工程简介
广东省佛山市大都立交是连接佛陈路(佛山一顺德陈村)、 和佛山一环的一座互通式立交，该立交工程包括4座匝道 桥及SN匝道与广明左线合并后的一段广明左线桥。荷载等 级为公路1级，桥面宽度为匝道桥的横断面按单向二车道 布置，匝道桥标准横断面为0.5 m(防撞护栏)+9.0 m(机动车 道)+0.5 m(防撞护栏)，桥梁总宽10 m。匝道桥上部结构采 用单箱单室、斜腹板带圆弧断面的等高度预应力砼连续箱 梁结构，跨径为26~44．5 m。
第23章体外预应力加固ppt课件
n
体外预应力加固法与梁底增焊 (或粘贴)钢筋 (或钢板)的加固
方法相比，不需清凿混凝土
n 保护层，且损伤梁体程度小，加固时不影响或少影响交通，能恢 复或提高桥梁的荷载等级，经济效果较明显。但对于梁体外的预
应力筋和有关构件应采取切实有效的防护措施，否则在温度、腐 蚀等外界条件作用下，容易造成预应力筋断裂而使加固工作失败。
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三、加固类型与特性
n 体外预应力加固梁式桥，实际上亦是改 变了梁体原有受力体系的加固方法。所 以，根据加固对象的不同，该加固法又 可分为预应力拉杆加固和预应力撑杆加 固。其中，预应力拉杆加固主要用于受 弯构件，而预应力撑杆加固法适用于提 高轴心受压以及偏心受压钢筋混凝土柱 的承载能力，例如，排架桩式桥墩、桥 台以及拱桥的柱式腹拱墩等。
n (5) 用砂轮切割机进行钢筋切割下料， 并将割口毛边用锉刀锉圆，连接器和螺 帽严格按设计要求的材料尺寸和工艺制作。
n (6)安装预应力构件时，把斜向槽钢套人 锚固销，另一端用绳子拉起或支架撑住 箱形部位 .
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n (7)张拉前设备准确就位，油泵接电、电
机就位。由于张拉工作在桥下空中操作，
须事先搭好操作脚手支架，如在船上搭
4
四、体外预应力加固法机理
n 通过在梁体外布设钢材的拉杆或撑杆， 并与被加固的梁体锚固连接，然后施加 预应力，强迫后加的拉杆或撑杆受力， 从而改变原结构的内力分布，并降低原 结构应力数值，使结构总承载力显著提 高，且可减少结构的变形、使裂缝宽度 缩小甚至完全闭合。这就是体外预应力 加固梁式桥梁，并能提高其承载能力的 机理。
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n 4 ．计算和确定拉杆所必需的张拉力与伸长量。 由于张拉预应力拉杆达到一定应力后，外
n 荷载有所增大，在由拉杆和被加固梁组成的超 静定结构体系中，拉杆产生的作用效应增量， 可按结构力学的方法进行分析，几种荷载的综 合效应等于各种荷载分别作用时的效应迭加。
桥梁体外预应力加固技术
桥梁体外预应力加固技术
桥梁加固对于各位路桥行业人士而言应该十分熟悉了，桥梁结构预应力加固体系主要有三种：体外预应力加固体系、粘结预应力加固体系、高强复合纤维预应力加固体系。
今天，小编要给大家介绍的是其中的一种——体外预应力加固。
体外预应力体系由四个基本部分组成:体外预应力索、体外索锚固系统、体外索转向装置和体外索防腐系统组成。
体外预应力加固是经过增设体外预应力索（包含高强钢丝束，钢绞线或高强度粗钢筋等作为施力工具，然后主动对梁体施加外力，以预应力发生的反弯矩抵消部分荷载产生的内力，然后达到改进桥梁使用功能和进步构造承载力的目的。
体外预应力加固是现在公路桥梁改造工程中选用较多的加固方法，格外适用于大跨径预应力混凝土接连箱梁和接连刚构箱梁桥的加固。
体外预应力加固的优点是：可平衡卸掉部分恒载；能充分发挥加固材料，可以较大幅度提高构造的承载才能和构造刚度；体外索变化幅度小，没有疲劳状况，这样有利于更换体外力筋；可以有效控制桥梁原结构的裂缝和挠度，以保证桥梁裂缝部分或全部闭合，使挠度大幅度减小，能有效的改造桥梁原来的抗裂性能,提高桥梁部分结构的耐久性；还可以控制和调校体外索的应力。
并且体外预应力加固能够在不中断交通的情况下进行施工,对桥梁的运营影响小；所需要的施工设备也相对简单，施工时间比较短，经济效益十分明显。
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§1.4 体外预应力加固方法6-7
ay A y R g A gM 图 2.1.4-18 矩形梁破坏截面应力图c 6、体外预应力筋的估算体外预应力加固混凝土梁中所需要的体外预应力筋用量的估算，首先应考虑满足强度要求和使用性能的要求，在此基础上要力争做到经济、合理、施工方便。
因此，此项工作往往经过多次反复计算才能取得满意的结果。
A.E.Naaman 提出了预应力比率的概念，预应力比率PPR 表示的意义为：预应力钢筋的极限抗力矩与全部受拉钢筋抗力矩之比。
()()⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-==+222x h A x h R A x h A M M PPR y c y y g g g y c y y sp u pu σσ令g y h h ≈ cyy g g cyy A R A A PPR σσ+≅1） 矩形截面混凝土梁(图2.1.4-18) （1）估计合理的PPR 。
无粘结部分预应力混凝土构件构造要求PPR ≥0.25，考虑到要加固的钢筋混凝土梁受拉钢筋较无粘结部分预应力混凝土梁多，可取PPR ≥0.2。
（2）计算体外预应力钢筋面积 ()c ygg y PPR R A PPR A σ-⋅=1（3）验算梁的抗弯强度 根据梁在破坏时的平衡条件 ''g g a cy y g g R A bx R A R A +=+σ bR R A A R A x a gg c y y g g ''-+=σ混凝土受压区高度应符合下列条件： x ≤h jy ξx ≥'2a式中：jy ξ——预应力混凝土受弯构件受压区高度界限系数，按表2.1.4-2采用。
图 2.1.4-19 T形梁破坏截面应力图式M c y A y R g A gR a预应力混凝土受弯构件受压区高度界限系数 表2.1.4-2梁的抗弯强度 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2121x h A x h R A M y c y y s g g g s σγγ2） T 形截面混凝土梁当T 形截面梁(图2.1.4-19)破坏时，如果受压区高度x ≤i h ´，可按矩形截面梁的方法估算预应力筋用量。
《体外预应力加固》课件
施工过程
对住宅楼进行必要的支撑和加固 ，安装钢绞线、锚具和转向器等 ，进行预应力张拉，最后进行楼 板修复和涂装。
加固效果
加固后房屋结构稳定性得到显著 提高，墙体开裂和楼板下沉等问 题得到有效解决，保证了房屋的 安全性和居住性。
确定加固方案
根据桥梁的实际情况和加固需 求，选择合适的体外预应力加 固方案。
预应力索设计
根据计算结果，设计合理的预 应力索，包括规格、长度、数 量等。
施工监控系统设计
为确保施工安全和质量，设计 合理的施工监控系统。
施工工艺
施工准备
清理桥梁表面，确定 施工区域和范围，准 备施工设备和材料。
安装锚固系统
与粘钢加固法相比，体外预应力加固技术能够提供更大的承 载能力，减小结构的变形和裂缝发展，同时预应力筋的防腐 性能优于粘钢加固。
03 体外预应力加固的设计与 施工
设计流程
建立计算模型
根据桥梁的结构形式和受力特 点，建立计算模型，进行结构 分析和计算。
锚固系统设计
设计安全可靠的锚固系统，确 保预应力索的有效固定和传递 。
锚固系统
选择安全可靠的锚固系统 ，如挤压锚或粘结锚等， 确保预应力索的有效固定 和传递。
防护材料
为保护预应力索和锚固系 统，选择耐腐蚀、耐磨损 的材料进行表面防护。
04 体外预应力加固的工程实 例
桥梁加固实例
加固效果
加固后桥梁承载力得到显著提高，裂缝得 到有效控制，保证了桥梁的安全性和耐久 性。
体外预应力加固技术的发展历程
起源
初步发展
体外预应力加固技术起源于20世纪50年代 ，最初用于桥梁工程加固。
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
桥梁加固过程中体外预应力技术的应用
桥梁加固过程中体外预应力技术的应用1、常用的体外预应力加固方法及施工工艺采用体外预应力对梁式桥上部结构进行补强加固，其作法是在梁的下缘受拉区设置用粗钢筋形成的预应力拉杆或预应力钢束，通过张拉对粱体产生偏心的预应力，在此偏心压力作用下梁体上拱，荷载挠度减小，改善了结构的受力，从而提高承载能力。
1.1下撑式预应力拉杆（粗钢筋）加固法当桥下净空条件许可，可以采用在梁下设置预应力拉杆（粗钢筋）体系进行补强，有时也可将粗钢筋锚固在从梁端数起的第二道横隔板上。
改变支撑点的位置和调整拉杆中的拉力以满足承载力的要求。
（1）横向收紧张拉法作为拉杆的粗钢筋分两层布置在梁肋底面两侧，在靠近梁端适当位置上弯起，与固定在梁端的钢制u形锚固板焊接。
粗钢筋弯起处用短钢筋支撑，纵向每隔一定间距设一道撑棍和锁紧螺栓。
通过收紧器将拉杆横向收紧而使拉杆受力，从而在梁体产生预压应力。
横向收紧张拉的具体施工工序为：A粘贴锚固钢板，将梁端混凝土保护层凿除，使主筋外露，清除碎渣浮浆后用环氧砂浆粘贴u形锚固钢板；B焊接拉杆粗钢筋，先将粗钢筋的弯起段按设计斜度焊在锚固板上，然后用夹杆焊将粗钢筋的水平段与弯起段焊在一起；C安装张拉装置，先放好弯起点垫块撑棍，再安设中间撑棍及锁紧螺栓，紧贴锁紧螺栓处安放收紧器；D预张拉，预张拉的目的在于检查拉杆的焊接质量，预张拉力按设计张拉力的80％一90％控制，预张拉力保持12h后卸除；E张拉，旋紧收紧器，使两侧拉杆向中间收拢，按设计收紧量对称分次收紧，达到设计收紧量后再收紧l一2mm，然后拧紧锁紧螺栓，并用双螺帽锁住。
最后卸除收紧器。
（2）纵向张拉法当采用纵向张拉法补强加固时，拉杆钢筋仍沿梁底部布置，两端向上弯起：它与横向收紧张拉法不同之处在于：拉杆两端弯起段通常都穿过翼缘板上的斜孔伸至桥面，拉杆端部设有丝扣，用轧丝锚锚固于梁顶的锚固槽内。
纵向张拉法对拉杆钢筋施加预应力可以用旋紧螺帽，端部用张拉千斤顶张拉，拉杆中间设置法兰螺丝收紧扣及电热张拉等手段完成。
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§2体外索
• 体外索主要有光面钢绞线、无粘结钢绞线、平行钢丝、成品索等 类型。体外索较多采用无粘结钢绞线，环氧喷涂带PE的单根钢绞 线具有良好的耐腐蚀性能，具有很好的适用性，目前广泛适用在 桥梁加固中。
桥梁体外预应力加固技术
§3锚固块及转向块
• 体外预应力体系仅靠锚固块及转向块传力，锚固块和转向块必须 和原结构有效连接，传递应力，锚固块及转向块一般采用钢筋混 凝土结构和钢结构型式。
• 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。
桥梁体外预应力加固技术
§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。
桥梁体外预应力加固技术
施工工艺流程
管道放样
种植钢筋
绑扎钢筋
穿布钢绞线
安装预应力管道
固定、封闭预应力管道
安装模板
安装锚具
浇筑混凝土
张拉预应力
管道压浆
封锚砼
桥梁体外预应力加固技术
桥梁体外预应力加固技术
桥梁体外预应力加固技术
桥梁体外预应力加固技术
桥梁体外预应力加固技术
桥梁体外预应力加固技术
体外索布置及张拉端示意图
桥梁体外预应力加固技术
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
桥梁体外预应力加固技术
§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。
• T梁腹板索施工较为简单，注意穿索过程中对成品索的保护，注 意监控张拉过程中钢锚固块及转向块与原结构锚固位置的受力情 况。
• 由于锚固块及转向块全部为钢结构，受锚固块的重量及安装空间 的限制，安装难度较高，且只能适用于张拉力较小的体外索。
• 此种体外索我们公司在吉林某松花江大桥加固施工中成功使用。
桥梁体外预应力加固技术
体外预应力的特点 （2）
体外预应力的缺点
1、体外索布置在截面外，防腐、保护相对较困难，易 受外界影响
2、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
3、体外索张拉力较小，不能充分发挥体外索强度高的 优点，对锚具及夹片的要求很高
4、体外预应力筋的变形和混凝土的变形不一致，容易 造成预应力损失
桥梁体外预应力加固技术
§5施工机具
• 体外索的张拉机具根据张拉的要求分单孔千斤顶和整体千斤顶。 单孔千斤顶用于施工空间狭小或单孔分丝张拉的体外索，整体千 斤顶用于整体张拉的体外索。
桥梁体外预应力加固技术
漂浮张拉体系
桥梁体外预应力加固技术
1.3 体外预应力的布置形式
顶板体外索
体外索布置在结构上的位置
腹板体外索
底板体外索
体外索锚固的形式
钢结构锚固的体外索
混凝土结构锚固的体外索
桥梁体外预应力加固技术
2 体外预应力施工实例
2.1 T梁腹板索 2.2 箱梁腹板索 2.3 箱梁底板索 2.4 箱内顶板索
桥梁体外预应力加固技术
2.1 T梁腹板索
• 在T梁腹板两侧对称布设体外索。在T梁的梁端腹板加厚段设置张 拉构件，在T梁的中横隔梁钻孔作为体外束的转向装置。
桥梁体外预应力加固技术
2.2箱梁腹板索
• 在箱梁腹板新增截面内增加预应力。新增腹板通 过种植钢筋、浇筑新增混凝土的方式将预应力传 递原桥箱梁。
• 体外索采用普通光面钢绞线，张拉强度可以取材 料强度的70％。腹板索是最有效的体外索加固方 式。
• 体外索可以连续通长布设，也可以仅在病害严重 位置局部进行布设。
1.1 概述
体外预应力加固技术作为结构加固最有效的手段之一，目前 正广泛地应用于旧桥加固方面。
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。
桥梁体外预应力加固技术
1.2 体外预应力的特点 （1）
桥梁体外预应力加固技术
• 新增腹板截面内的预应力严格意思上是一种体内 索，具有造价低，效果显著等众多优点，近期得 到了较为广泛的应用。我们公司已经成功的在安 徽芜湖、广东深圳等多座30~50m跨度连续箱梁桥 中成功使用这种加固方法，并取得了不错的效果。
桥梁体外预应力加固技术
2.3 箱梁底板索
• 在一些特殊结构的桥梁中，使用了一些相对效率不是很高的底板 索。
桥梁体外预应力加固技术
安装成型的钢锚箱
桥梁体外预应力加固技术
OVM.TSK型体外预应力锚具可以 进行换索，可以调整索力
桥梁体外预应力加固技术
桥梁体外预应力加固技术
。
桥梁体外预应力加固技术
体外索锚具密封罩
桥梁体外预应力加固技术
体外索防振装置
桥梁体外预应力加固技术
桥梁体外预应力加固技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
特点
高文波
武汉二航路桥特种工程有限公司 2009年11月
桥梁体外预应力加固技术
• 1. 桥梁体外预应力技术介绍 • 2. 桥梁体外预应力施工实例 • 3. 结语
桥梁体外预应力加固技术
1 体外预应力技术介绍
1.1 概述 1.2 体外预应力的特点 1.3 体外预应力的组成 1.4 体外预应力的布置形式
桥梁体外预应力加固技术
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转向处
与结构相连，减小摩阻损失，提高预应力使用效率 2、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 3、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。 4、与原结构无粘结，应力变化值小，对结构受力有利 5、体外索可调可换，便于使用期间进行维护
• 底板索不需设置转向块，顺桥向在病害严重的底板顶面布设。施 工较为简单，质量较为得到保证。但是受布索位置的限制，对结 构的加固效果没有其它结构形式的体外索有效。
• 张拉端采用钢锚箱的结构形式。利用结构胶及8.8级高强螺栓固定 在T梁腹板上。
• 转向装置也采用钢结构。
桥梁体外预应力加固技术
桥梁体外预应力加固技术
OVM-SIII型体外预应力钢索
桥梁体外预应力加固技术
对体外预应力钢索张拉及固定端进行 剥皮、去油清洗处理。
桥梁体外预应力加固技术
人工穿布体外预应力钢索