罗邦岳   解林兴
（台州市黄岩远东建筑工程有限公司，浙江 台州 318020）

摘  要：在桥梁存续期间内，由于车辆，特别是超重车辆行驶，以及外界各种因素作用和影响，导致桥梁结构产生病害、出现缺陷，严重影响到桥梁正常使用。将有害桥梁全部重建的思想既不现实，也不科学。因此，有计划、有步骤的加强对现有桥梁的调查研究，分析破损原因，并采取相应的技术措施，对现有旧桥进行加固、改造和维修，以使其满足新时期公路交通运输的需要，不失为多快好省地建设方法，对我国公路建设具有重要的经济意义和社会效益。
关键词：体外预应力；桥梁加固

1 体外预应力桥梁加固的机理
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。其可以减少结构的变形、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，并能提高其承载力的机理。
体外预应力下撑式拉杆加固补强方法是最常用的一种它可视为简支梁为上承析架梁。析架的上弦即为原结构主梁，下弦是新增设的水平拉杆，腹杆是新增的斜拉杆，把与梁体接触的垫块视为竖杆，单垫块为单柱式，双垫块为双柱式。斜杆的上端锚固位置有两种:一种锚于梁端的顶部;另一种锚固于靠近端横梁处的梁肋顶部。斜杆的下端与滑块联连结，滑块依赖拉杆收紧后产生的上托力和滑移时的摩擦力与上弦连结。对斜杆的张拉不是直接施加，而是随着水平拉杆张拉力增加，下端滑块产生相应的移动，使它的长度增大。当水平拉杆张拉力达到设计量后，将它的两端锚固，加固工作即完成。在斜杆顶端和梁底垫块上作用的水平分力共同对梁体施加偏心轴向压力。
2 体外预应力作为桥梁加固手段的特点
体外预应力加固法和梁底增焊(或粘贴)钢筋(或钢板)的加固方法相比，不需要清凿混凝土保护层，并且损伤梁体程度比较小，加固时不影响或少影响交通。能够较大幅度的提高旧桥的承载能力，能够恢复桥梁或提高桥梁的荷载等级，经济效果比较明显。但对于梁体外的预应力钢筋和有关构件，应采取切实有效的防护措施，否则在温度、腐蚀等外界条件的作用下，容易造成预应力筋断裂，从而使加固工作失败。
3 体外预应力加固法设计与计算
采用体外预应力拉杆补强加固梁式桥梁，应事先进行必要的设计与计算。由于加固后预应力拉杆与旧桥的钢筋混凝土梁或板等构件将组成一个整体并共同受力工作。因此，补强拉杆与被补强的梁板组成了一个新的复合体系，这样就改变了结构原来的静力图形，并且提高了它的承载能力。
3.1 体外预应力结构内力计算
①当采用预应力拉杆加固钢筋混凝土梁式桥时，加固结构的性能和受力特征，与后张法无粘结部分预应力结构相似。张拉预应力如同外力一样作用在原梁上，原梁仍承受着恒载内力;张拉预应力筋在原梁上产生的预应力内力，基本上与恒载内力相反，所以，体外预应力实际起到卸荷作用。
②体外预应力筋张拉结束后，和原梁体的联结方式与程度对设计和计算梁体的承载力是很重要的。如果预应力筋仅仅在锚固点与原梁相接触，其余均裸露在梁外工作，当梁随外载的作用增加而发生挠曲时，梁中原有钢筋亦随着原梁曲率的增加而伸长。但由于预应力筋载体外，它中间部位是与梁体脱开的，故没有发生弯曲，仍然是直的，自然其应变及应力的增加远不及梁中原钢筋快。破坏时，预应力筋的应力可能达不到屈服强度。应力可能在张拉控制应力和屈服强度之间。一般考虑，梁体破坏时，预应力拉杆的应力取为张拉控制应力。
如果在预应力筋张拉结束后，若将其用锚喷混凝土和梁体浇筑在一起，形成了整体梁，则由于预应力筋处处被粘结在原梁上，可与之共同变形。所以，当随着作用在加固梁上的外荷载增加，预应力筋和梁中原钢筋以及受压区混凝土的应力都在原有的基础上增大。若预应力筋和原配筋总和在适筋范围内时，尽管预应力筋与原梁中钢筋不同时刻到达屈服点，但破环时，两者都可达到屈服，因而其正截面强度计算方法与一般预应力混凝土梁相似。
③一般来说，需加固的梁中受拉钢筋的应力已较高，梁的挠度也较大，裂缝也较宽，因而对加固拉杆施加的预应力值越高，越能改善被加固梁的受力状态，故加固拉杆张拉控制应力宜定得高些。但也不能定得太高，否则有可能在超拉过程中，个别钢筋达到或超过其实际屈服强度，以致发生危险。www.tmgc8.com
④预应力加固与一般预应力混凝土梁一样，也存在预应力损失，但两者是有区别的，加固设计时要充分考虑到。同时，必须考虑预留构造措施，以便在使用过程中及时调整加固件的工作应力数值。
⑤由于加固施工一般均在现场进行，又是高空作业，按控制应力值对拉杆张拉多为不便，且不准确。故多采用拉杆的张拉伸长量来控制张拉应力。所以，要求张拉伸长量计算要准确。
3.2 体外预应力加固设计计算步骤与方法
①计算求出被补强构件提高荷载等级前所受荷载及其引起的内力，包括恒载和活载内力。方法与通常桥梁设计时内力计算相同。
②计算提高荷载标准后的活载内力，并由恒载于活载的组合来验算加固的必要性。
③由上面两项之差得出内力的提高值(即需补强加固的抵抗力矩及剪力等)，估算出补强拉杆应有的横截面面积。
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，外荷载有所增大，在由拉杆和被加固桥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。
⑤承载力验算。按设计规范验算被加固梁在跨中和支座截面的偏心受压承载力，以及支座至拉杆弯折处或支座附近的斜截面承载力。验算中将拉杆的作用效应作为外力，并与全部荷载作用下作偏心受压分析。若验算结果不能满足规范规定时，可加大拉杆截面或改用其它加固方案。
⑥计算确定施工中控制张拉时需要的控制量。
4 常用的体外预应力加固方法
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，通过张拉对梁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。
4.1 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。
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。
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。
竖向顶撑张拉法。采用竖向顶撑张拉法是在梁端底部设置U形钢锚固板，沿梁底设置拉杆，拉杆两端焊在钢锚固板上，在梁的1/4跨径及跨中(或跨间横隔板)位置设置张紧夹具，张紧夹具安装在固定于梁腹或横隔板上的承托架上给拉杆施加预应力，当拉杆达到设计应力值后，用钢筋混凝土垫块在拉杆与梁底面间楔紧，以固定拉杆位置并保持张拉力，作后卸除张紧夹具和承托架并做好拉杆的防锈处理。
4.2 体外预应力钢丝束加固法
采用体外预应力钢丝束加固梁式上部结构，一般沿梁肋侧面按某种曲线(常用的有抛物线等)线形设置预应力钢丝束。为保持曲线线形并固定钢束位置，在梁底每隔一定间距(50-100cm)设置一个定位箍圈(有梁底向上兜)，或者在梁肋侧面埋设定位销。钢丝束的两端头则穿过梁端翼缘板上的斜孔伸至梁顶锚固。为了防止钢丝束的锈蚀，预应力钢丝束应放在保护导管内，或者张拉后在钢丝束周围用混凝土包裹。
参考文献
[1]堪润水、胡钊芳.公路旧桥加固技术与实例[M].北京:人民交通出版社，2001.
[2]刘来君、赵小星.桥梁加固设计施工技术[M].北京:人民交通出版社，2004.