橋梁檢測評定與加固技術（第2版） 課件 第8章 8.5 體外預應力加固技術

第八章橋梁上部結構的改造與加固技術——體外預應力加固技術南京林業(yè)大學江蘇·南京技術原理與特點體外預應力加固技術是利用預應力原理，對待加固構件受拉區(qū)施以預加應力的一種加固方法體外預應力加固技術（a）結構原理

工程應用體外預應力加固原理體外預應力加固的優(yōu)點體外預應力加固的缺點對交通影響小易在火災下失效，預應力加固需要可靠的防腐設計主動性強，增加截面的剛度局部應力復雜，易產生局部裂縫對橋下凈空影響小錨固區(qū)構造復雜,對錨具的錨固性能及耐久性要求高；承載力提高顯著可能因延性不足而產生失效；可減小或閉合、限制結構的裂縫；體外預應力筋無混凝土的保護體外預應力加固的優(yōu)點與缺點適用于正截面受彎承載能力不足或正截面受拉區(qū)鋼筋銹蝕的結構由于正截面承載力不足，跨中裂縫開展比較嚴重的結構適用于梁抗彎剛度不足導致的梁撓度超過規(guī)范或由于剛度太小導致梁的受拉區(qū)裂縫寬度超過規(guī)范規(guī)定的結構

適用于梁斜截面受剪承載能力不足的結構體外預應力加固的適用范圍體外預應力加固施工的一般流程主要途徑與施工工藝錨固塊及轉向塊安裝混凝土表面鑿毛鉆孔植筋錨固塊及轉向塊放樣體外預應力穿束預應力張拉封錨及防護處理設置鋼束減振裝置橋梁體外預應力加固施工流程圖錨固塊及轉向塊安裝1.對于混凝土錨固塊、轉向塊將預埋鋼管與附近的鋼筋焊接安裝錨固塊、轉向塊模板澆筑及養(yǎng)護錨固塊、轉向塊，采用和易性良好的混凝土（a）混凝土錨固塊澆筑（b)錨固塊鋼筋籠及預埋管（BIM模型）2.對于鋼錨固塊、轉向塊完成錨固塊、轉向塊的制作、組拼和涂裝結合面打磨平整將鋼錨固塊、轉向塊與預先植入的錨栓連接固定在鋼結構安裝后，在混凝土和鋼錨固塊、轉向塊錨固鋼板之間灌注結構膠(a)鋼轉向塊（b）轉向鋼桁架（c）鋼錨固塊錨固螺栓安裝①體外預應力索下料②剝除端部PE護層③體外預應力索穿束①預緊：0→15%（張拉控制應力）②正式張拉：30%→50%→80%→100%，張拉過程中遵循同步對稱、兩端同時張拉的原則。張拉伸長值校核雙控法（a）千斤頂安裝（b）千斤頂張拉體外預應力穿束預應力張拉③施工監(jiān)控（a）施工及運營過程中體外預應力索索力監(jiān)測（b）主梁應力和變形的監(jiān)測（c）橋梁既有裂縫的觀測（d）關注新老混凝土結合面的與新增結構的局部裂縫情況（a）轉向塊部位(b)應變監(jiān)測使用水泥砂漿或環(huán)氧水泥砂漿填平錨固板和墊板的凹槽用機械切割方法切除錨具外伸多余的鋼絞線按設計要求在錨具喇叭管內和外套筒內灌注防腐材料對破損處，采用外包防水聚乙烯膠帶進行修補安裝防松脫裝置及保護罩設置鋼束減振裝置體外預應力索減震裝置T形梁及I形梁加固體系構造水平滑塊：水平滑塊由連接斜筋和水平筋（束）的活動滑塊、支撐座或固定在梁底的支撐鋼板組成水平滑塊構造平面設計構造楔形滑塊即滑塊與斜筋結為一體。一般用鋼板焊接，也可用混凝土結構。在滑塊的斜面（滑動面）上加一層四氟乙烯板或不銹鋼板

楔形滑塊的構造圖（a）縱斷面圖（b）平面圖U形承托U形承托可用鋼板彎制而成，套在橫隔梁的底部，并用環(huán)氧砂漿和錨固螺栓固定在橫隔板上定位器體外索自由長度超過10m時，設置定位器，減少水平筋的自由長度，減振作用。該裝置對跨徑較大的體外束加固系統(tǒng)尤重要（a）U形承托構造形式（b）水平筋（束）的定位器示意圖粘結-摩擦錨固通過用高強螺栓固定在梁腹板上的錨固裝置來錨固斜筋，其錨固作用是通過高強螺栓的摩擦力和環(huán)氧砂漿粘結力來保證黏結-摩擦錨固的構造示意圖當對箱梁加固時，體外預應力筋（束）沿橋梁縱向布置，宜將體外預應力筋（束）布置在箱（室）的內側體外預應力筋橫橋向布置應對稱，避免對梁體產生橫向不對稱荷載縱橫向布置箱梁體外預應力加固構造箱梁內體外預應力筋（束）縱向布置箱梁內體外預應力筋（束）橫向布置箱形梁加固體系的轉向構造箱形梁加固體系的轉向、定位及錨固裝置設置在箱梁內部時，轉向裝置為彎轉角度的弧形轉向鋼管。轉向裝置可以是整束式，也可以是分束式體外預應力筋（束）整束式轉向器示意圖體外預應力筋（束）分散式轉向器示意圖轉向塊或轉向肋塊式轉向構造：用于轉向鋼束較少的情況，或用于兩個轉向構造之間的鋼束定位，以減小鋼束的振動及其引起的二次效應。轉向塊通常用混凝土或鋼板制作底橫肋式轉向構造：用于橫橋向轉向較大的情況帶豎肋式轉向構造：用于體外索豎向轉向力較大的情況豎橫肋式轉向構造：用于體外索橫、豎向轉向力都較大的情況（a）塊式（b）底橫肋式（c）帶豎肋式豎橫肋式混凝土轉向構造示意圖混凝土轉向塊中應設置封閉箍筋。箍筋宜采用植筋技術與混凝土箱體錨固。箍筋距離轉向器上緣的最小距離為25mm，直徑不宜大于20mm設置多層封閉箍筋時，層間距不宜小于50mm；箍筋的縱向間距不小于150mm。混凝土集料粒徑不宜超過15mm。設置在箱內的轉向塊受力較小時，亦可采用鋼結構混凝土轉向塊的配筋形式鋼制轉向塊：可采用植筋、錨栓及膠黏劑將其可靠錨固（a）結構示意圖（b）工程示例（c）鋼制轉向塊不同位置的錨固形式按整體受力要求的配筋，其錨固鋼筋可采用植筋或錨栓錨固于原梁混凝土中，并應驗算其錨固強度新增設橫（隔）梁或加勁肋錨固橫隔板受力鋼筋布置示意圖定位裝置在定位裝置中，鋼束與護套之間應用隔振材料填實。后澆筑的混凝土定位（或減振）裝置的厚度不宜小于400mm體外預應力的定位及減振裝置構造示意圖體外預應力加固設計計算步驟計算求出被加固構件提高荷載標準前所受荷載及其引起的內力，包括恒載和活載內力。方法與常規(guī)橋梁設計時內力計算相同計算提高荷載標準后的活載內力，并由恒載與活載的組合來驗算由上面兩項之差求出內力的提高值（即需加固補強的抵抗彎矩及剪力等），估算出補強預應力筋應有的截面面積計算和確定預應力筋所需的張拉力與伸長量。預應力筋產生的作用效應增量可按結構力學的方法進行分析，幾種荷載的綜合效應等于各種荷載分別作用時的效應疊加體外預應力加固設計計算步驟承載力驗算。其體外預應力筋加固整體計算包括持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算持久狀況和短暫狀況應力計算體外預應力加固局部計算內容包括轉向構造的承載力和抗裂性計算錨固區(qū)的承載力和抗裂性計算持久狀況下其他局部構件的承載力計算體外預應力加固梁的正截面抗彎承載力計算圖式如圖。加固結構抗彎承載力計算時應根據截面形狀和中性軸的位置分兩種情況考慮矩形、T形截面梁正截面抗彎承載力計算圖式正截面抗彎承載力計算為確保加固后的混凝土梁仍為塑性破壞，截面受壓區(qū)高度x（1）矩形截面或中性軸位于T形或I形截面翼板內（x≤h'f)（2）T形或I形截面且中性軸位于截面腹板內（x>h'f):

體外預應力加固梁的斜截面的抗剪承載力可按鋼筋混凝土或預應力混凝土梁計算，但必須考慮穿過驗算斜截面的體外預應力斜筋的豎向分力的影響斜截面抗剪承載力計算圖式斜截面抗剪承載力計算體外索的斜筋極限應力σpub,e，與轉向塊處的摩阻情況有關可由水平筋（束）的極限應力σpu,e求得：λ——體外索斜筋（束）拉力與水平筋（束）拉力的比例系數采用有水平向移動的滑塊或有轉向塊時：采用楔形滑塊時：f0——摩擦系數，在缺少可靠試驗數據時，鋼材間的摩擦取f0=0.16，采用四氟乙烯滑板時取f0=0.06；混凝土與鋼材間的摩擦取f0=0.25體外預應力加固T梁橋某T梁橋建于1992年10月8日，橋面寬度：2×凈9+1.0中央（分隔帶）+2×1.5（人行道）米，雙向四車道。主橋共三跨，邊跨采用鋼筋混凝土單懸臂梁、中跨采用預應力混凝土吊梁。橋下凈空高度為最高通航水位以上7m體外預應力加固的工程示例船撞受損T梁橋結構（a）受損外觀該橋梁2007年6月遭受一次船撞，該橋1號掛梁損傷嚴重，受撞位置5米左右范圍，梁體混凝土破碎，預應力丟失嚴重，形成梁體卸載，卸下的橋面荷載由臨近的掛梁承擔加固措施：直接撞損的局部采用粘鋼加固（注漿法施工）通過注膠恢復受損部分混凝土的整體性。整體采用體外預應力加固，以彌補損失的預應力

（b）加固效果某大橋于1999年9月建成通車，主橋為預應力混凝土連續(xù)箱梁，橋面全寬33.8m，雙向六車道，分上下行兩幅，大橋荷載等級為汽-超20，掛-120設計縱向預應力采用19-7Φ5鋼鉸線；橫向預應力采用4-7Φ5鋼鉸線；豎向預應力采