路桥预应力加固技术及特点？

1，简介

1和1混凝土的耐久性在20世纪90年代初，混凝土桥梁的耐久性已经引起了世界各国的重视。通过大量桥龄在20年以上的混凝土桥梁的养护管理实践发现，桥梁的混凝土开裂、剥落、腐朽和钢筋锈蚀(管道灌浆不饱满)对桥梁造成了严重的破坏，已成为亟待解决的问题，严重破坏的桥梁已危及交通安全。

提高混凝土桥梁耐久性有两种技术途径。一种是采用高性能混凝土来提高混凝土的抗渗性、均匀性和抗冻性，从而提高混凝土抵抗碳化和冰冻侵蚀的能力；另一种是提高既有桥梁耐久性的有效途径，即对有缺陷的桥梁进行加固改造，延长其使用寿命。

1，2桥梁加固

桥梁加固改造是通过有效可行的技术手段对桥梁结构进行加固和加宽，其根本目的是恢复和提高其承载能力和耐久性。目前常用的桥梁加固方法有很多，从广义上可以分为上部结构加固和下部结构加固。桥梁上部结构的加固方法分为两种:改变结构受力体系的方法和不改变结构受力体系的方法。从后加固材料是否具有预应力和基本受力原理的角度来看，桥梁上部的加固可分为主动加固和被动加固两大类。

1和21桥梁主动加固原理

在受拉区(或剪切薄弱区)直接添加增强材料，如修补焊接钢筋、粘贴钢板、粘贴高强复合纤维材料(碳纤维、芳纶纤维)等。这种强化方式从作用原理上来说属于被动强化的范畴。实际上，设计中必须考虑荷载配筋和分阶段受力的特点，构件的自重和恒载应由原梁承担；活荷载由加固组合截面承担，加固材料的强度受原梁变形的限制。

1和22桥被动加固原理

为了解决后加固材料的“应变滞后”，提高后加固材料的利用率，采用先张法原理对后加固材料进行预应力加固。从作用原理来说，预应力钢筋属于主动钢筋的范畴。主动受力加固后的材料，由于预拉力改善了原梁的受力状态，从而提高了原梁的承载能力和抗裂能力。

目前，桥梁结构中使用的预应力加固系统主要有三种:体外预应力加固系统、高强复合纤维预应力加固系统和有粘结预应力加固系统。

2、体外预应力加固系统

2.1的开发背景

20世纪70年代，随着交通事业的发展，旧路改造和旧桥加固引起了全世界的关注。许多国家对旧桥加固进行了研究。欧洲一些国家采用体外预应力技术加固桥梁，提高原有桥梁的荷载等级，收到了明显的经济效益。体外预应力技术在旧桥加固中的应用，促进和加深了人们对体外预应力技术的认识。

事实上，体外预应力技术是随着预应力技术的出现而出现的，体外预应力技术建造混凝土桥梁先于体内预应力技术，所以它是一项古老的新技术。早在1934年，德国的De Schuengel就获得了德国和法国的体外无粘结预应力筋技术专利，并于1936年建成了一座真正的桥梁。然而，由于钢筋体外防腐技术不成熟，桥梁养护维修成本很高，长期以来阻碍了这项技术的发展。

20世纪90年代以来，体外预应力技术在国外发展迅速。一方面，由于对混凝土耐久性认识的提高，人们渴望创造一种具有防腐性能的结构，这为体外预应力技术的发展提供了广阔的市场。另一方面，随着斜拉桥技术的发展，钢丝防腐、大吨位锚头的设计与施工等问题的成功解决，排除了体外预应力技术发展的最大障碍，使体外预应力技术的发展获得了新生。

随着体外预应力设计理论和实用技术的不断发展，反过来又进一步促进了体外预应力在旧桥加固中的应用。

2，2作用原理

体外预应力加固是在梁体外(或箱内)布置有防腐保护的预应力筋，对梁体施加预应力，用预张拉产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，以改善梁的使用功能，提高梁的承载能力。

体外预应力加固是目前应用最广泛的加固方法之一，特别适用于大跨度预应力混凝土连续箱梁和连续T型箱梁桥的加固。体外预应力筋锚固在梁端(或中间)的横隔板梁上，通过跨间转向块调整预应力筋的角度，以满足梁的受力要求。

严格来说，体外预应力和体内无粘结预应力，包括斜拉桥，都属于无粘结预应力结构。无粘结预应力结构理论分析的核心问题是预应力钢束在各应力阶段应力增量的计算。

2、3技术特征

与普通预应力混凝土结构相比，体外预应力混凝土结构具有以下主要优点:

(1)体外预应力筋可以是不可更换的，也可以设计成可更换、可拔起、可更换的外力筋，便于维修、维护和加固；

②体外预应力加固旧桥结构简单，简化了施工；由于梁肋内没有管道，避免了截面弱化；体外加固取消管道灌浆工序，可实现全年施工，对北方寒冷地区省份具有重要的现实意义。

(3)减少了筋的摩擦损失，预应力筋利用效率高，筋的应力变化幅度小，有利于抗疲劳。体外预应力在我国混凝土桥梁加固中的推广应用，是为了解决工程中长期存在的混凝土耐久性问题。

如果有可能，提高桥梁耐久性，延长使用寿命(换索或补索一次可延长使用寿命长达20年)，可为桥梁维护管理和加固带来可观的直接经济效益，其间接和长期经济效益也相当显著。

3.高强度复合纤维预应力增强系统

目前工程上使用的高强度复合纤维主要有芳纶纤维和碳纤维(FRP)。由于碳纤维材料在桥梁加固中应用广泛，技术成熟，本文主要介绍碳纤维预应力加固。

3、提出1问题。

在工程中，广泛采用的加固方法是在结构的受拉区或抗剪薄弱区直接粘贴纤维。就承载力加固而言，直接在受拉区粘贴碳纤维布并添加加固材料的被动加固方法无法充分发挥作用。根据分阶段受力的特点，直接粘贴后加固材料只承受活荷载的内力；与原梁钢筋相比，其应变严重“滞后”。在极限状态下，其强度的发挥受到原梁变形的限制，一般得不到其抗拉强度的设计值。

计算表明，在原梁高度较小、配筋率较大的情况下，配筋设计受混凝土压应变达到极限值的控制。在极限状态下，增强材料的应力仅为700 ~ 800 MPa，仅相当于碳纤维抗拉强度的标准值(21.2% ~ 24.2%)。对于原梁高度较大，配筋率较小的情况，加固设计是按原梁钢筋应变达到限值0.01进行控制。在极限状态下，后期增强材料的应力只有2000MPa左右，相当于碳纤维抗拉强度标准值的60%。由于原梁的变形限制，高强复合纤维的高拉伸性能在极限状态下无法充分发挥作用，造成了极大的浪费。而且不加分析就盲目增加后加固材料用量，可能导致加固构件脆性破坏，设计不安全。

3，2作用原理

为了提高碳纤维材料的利用效率，增强旧桥的加固效果，对碳纤维材料施加预应力是一种有效的途径。

碳纤维预应力加固的作用原理是利用锚固在加固梁上的碳纤维布条(或板条)对梁施加预应力，改善加固梁的受力状态。关键技术是解决适合桥址施工的预应力纤维(或板)的张拉和锚固问题。

目前，这种强化系统还处于实验研究阶段。

3、3技术特征

①高强度、高效率。由于FRP优良的物理力学性能，在混凝土结构加固修复中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点，提高混凝土结构构件的承载力和延性，改善其力学性能，达到高效加固修复的目的。

②线膨胀系数与混凝土接近，保证温度变化时FRP与混凝土能共同工作。

(3)施工方便，工效高，不湿作业，不需要大型施工机具，施工面积少，施工效率高。据有关资料统计，粘贴FRP的施工效率是粘贴钢板的4 ~ 8倍。玻璃钢质轻柔软，易于贴合，施工质量比贴钢板更容易保证。

(4)不增加部件的重量和体积。玻璃钢重量轻，厚度薄。加固修复后，基本不增加原结构的重量和尺寸，不会减少建筑物的使用空间。

⑤具有良好的耐腐蚀性和耐久性。试验表明，碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维具有良好的耐腐蚀性和耐久性，能抵抗建筑物中经常遇到的酸、碱、盐的腐蚀。用这种材料加固后，不仅不需要定期维护，还能保护内部混凝土结构。

⑥应用广泛。可广泛用于各种结构类型(如建筑物、构筑物、桥梁和隧道、涵洞、烟囱等)的加固和修复。)、各种结构形状(如矩形、圆形、曲线结构等。)和各种结构件(如梁、板、节点、拱、壳、墩等。)，不改变结构形状，不影响结构外观，这是目前任何结构加固方法无法比拟的。

4、有粘结预应力钢筋系统

4，1作用原理

利用锚固在加固梁上的小直径预应力筋对梁施加预应力，然后喷射抗拉强度高的复合砂浆将预应力筋与加固梁粘结成一体，形成有粘结预应力加固体系。

有粘结预应力筋体系以其预应力筋锚固简单、张拉施工方便、结构耐久性好、材料利用效率高的技术优势，受到国内外土木工程界的关注。有粘结预应力筋体系的特点适用于中小跨径钢筋混凝土T梁、空心板梁、箱梁桥的加固，特别适用于高速公路、城市立交工程中广泛使用的中等跨径钢筋混凝土、预应力混凝土连续箱梁桥。由于箱梁高度限制，箱内布置体外预应力筋有一定难度。在箱梁底板上增设预应力筋，然后喷涂高性能抗拉复合砂浆，是理想的加固方案之一。

4、2技术特征

与体外预应力加固体系相比，有粘结预应力加固体系具有以下突出优点:

①能充分发挥后补强材料的作用，提高材料的利用效率；

(2)喷涂高性能抗拉复合砂浆保护层。抗碳化和抗氯离子侵蚀能力强，保护钢筋不受腐蚀，提高结构耐久性，延长结构使用寿命；

(3)用小锚具和高性能抗拉复合砂浆锚固预应力钢筋更安全可靠。

4、3发展前景

韩国M&S公司的SRAP工艺具有有粘结预应力钢筋的特点，但使用的AP砂浆和预应力镀锌软钢丝均为国外进口，工程造价较高，一定程度上影响了市场竞争力。为满足桥梁加固市场的需求，我国研制的高性能抗拉复合砂浆(简称HTCM砂浆)已供应市场，其抗拉强度、粘结性能、抗碳化性能和抗氯离子侵蚀性能略高于AP砂浆。利用二、三股钢绞线、螺旋肋钢丝、小直径高强粗钢筋等国产钢材作为预应力筋张拉锚固体系的试验研究取得初步成果，为我省推广有粘结预应力筋开辟了一条新途径。

采用有粘结预应力钢筋体系可以提高结构的耐久性，延长结构的使用寿命20-30年，带来巨大的经济效益。

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