預應力混凝土橋梁結構加固與裂縫處理

馬琳琳

摘要：預應力混凝土橋梁結構具有良好的受力和耐久性能，結構的剛度大，工程造價相對較低，現代橋梁建設中，因預應力混凝土梁橋在受力性能方面的優越性而得到廣泛應用。本文分析了預應力混凝土在橋梁結構加固中的應用，提出了預應力混凝土裂縫的防治措施。

關鍵詞：混凝土橋梁；預應力；加固；裂縫處理

中圖分類號： TV331 文獻標識碼： A

預應力技術作為一種先進的結構加固技術，在改善橋梁結構的受力性能上非常適用，可以提高橋梁的抗壓能力和變形能力，重新實現橋梁結構內力分配的平衡，閉合已經出現的裂縫，增大橋梁的整體剛度，加固效果好。介于預應力混凝土橋梁規模及其重大，橋梁結構加固一般是選擇帶載加固，加固設計中須考慮分階段受力。通常橋梁結構構件自重及其他早期

恒載內力考慮原結構承擔，加固后增加恒載和使用階段的活載內力應由加固后組合截面承擔。為此，加固設計比新橋設計更復雜。

一、橋梁加固設計原則

加固設計需要依照原橋竣工圖、設計圖及檢測評估報告經現場核對進行；加固設計考慮材料劣化、結構病害、新舊材料差異等。幾何、材料等參數應用橋梁現狀檢查結果；加固設計需驗算施工各階段構件強度、穩定性及結構變形；加固后結構驗算需考慮附加荷載；改變結構體系加固時，結構構件任意一截面應力不超過材料強度設計值；加固驗算應依照橋梁建設年代設計荷載、材料性能等進行；橋梁加固設計可參考以下順序進行：加固工程可行性研究→加固方案設計→加固施工圖設計。

二、預應力混凝土橋梁結構主要加固方法

1、在改變結構受力狀態中的應用

在結構中增加一些桿件，結構的內力將會發生改變，在大跨度的橋梁結構中，增加斜腹桿，受水平荷載作用時，結構的內力與不設斜腹桿相比將完全不同，如通過斜腹桿預先施加預拉力，結構的內力也將改變。將底層兩個中柱抽出后框架的內力產生了較大變化，不僅梁柱端部的彎矩在量上增加了很多，而且在某些截面的彎矩方向也發生了變化，因此抽柱后大部分構件都要進行加固處理。設置斜桿并施加預托力后，框架的彎矩圖與抽柱前基本相同，所以在框架結構抽柱改造時，我們可以通過增設斜拉桿并施加預應力的方法，調節結構的內力，達到加固的目的。當然斜拉桿預拉力大小。對結構的內力會有較大影響，主要是支應處的彎矩，這就需要選擇一個合適的預應力，使得抽柱前后的內力基本相同。

2、加大截面加固法

加大截面加固法是指在現有混凝土構件外部加鋼筋混凝土，增大原有混凝土構件截面面

積，以達到提高結構承載力的目的。加大截面法的優點表現在施工工藝簡單、適應性強，并

具有較成熟的設計和施工經驗，廣泛適用于一般梁、板、柱、墻等混凝土結構構件的加固。

缺點是現場濕作業工作量太大，養護周期較長，對生產和生活有一定影響；對結構外觀及房

屋凈空也有一定影響，且嵌入的鋼筋銹蝕和混凝土劣化產生危險性很大。

3、置換混凝土加固法

在梁或偏心受壓柱中，用置換混凝土加固法可以達到直接修補局部強度的效果。例如當成批混凝土構件達不到設計強度等級要求時，通過檢測，選出強度等級最低的構件，然后按彎矩包絡圖確定最危險截面，在這些截面的受壓區采用高一等級的新混凝土置換老混凝土，在置換加固法中，構件需切割成方口或要將柱切斷，切剖面應成直角且平整，然后用噴射混凝土灌滿，試驗證明，盡管僅在局部置換，仍是十分有效的。

3、在碳纖維片材加固橋梁工程中的應用

由于碳纖維片材本身的強度較大，且抗張力能力較強，施工也較為簡便，因此在鋼筋混凝土橋梁結構的加固施工中有著廣泛應用。尤其是在受彎橋梁中，加固效果更好。這是因為在橋梁結構的施工中，一般會產生一定的內力和應變力。但是當混凝土的壓應變超過了混凝土的壓應變的極限之后，橋梁就會超過其承載力的極限，此時，對于橋梁進行加固處理就會超過其承載力，所以混凝土的應變力也就決定了粘貼碳纖維片材的應力。也就是說，如果橋梁本身的應變力比較大，而當橋梁遭到了破壞之后碳纖維片材的應變力就會減小，在過程中碳纖維片材的作用既不會得到充分的發揮，此時，就可以在粘貼碳纖維片材時對其增加預應力，這樣就有助于醫生橋梁被破壞之后碳纖維片材的應變力，使其功能得到充分的發揮。

4、在鋼筋混凝土多跨連續橋梁加固中的應用

多跨連續橋梁有正彎矩區和負彎矩區，一般支座處為負彎矩，跨中為正彎矩，當橋梁的抗彎承載力和抗剪承載力不滿足要求時，則需要進行加固處理，跨中正彎矩區抗彎承載力不滿足時，可用粘貼碳纖維或粘貼鋼板的方法進行加固，施工比較容易。如支座負彎矩區抗彎承載力不滿足，一般加同都比較困難，主要原因是所加縱筋錨固的問題不宜解決。有時可通過在梁下加大截面提高橋粱的承載力，這不僅增加了結構的自重，而且還會影響橋梁的使用功能，在有些情況下可能不允許。梁的抗剪承載力不滿足要求時，也不宜加固處理，特別是在采用T形截面梁時，采用粘貼U型鋼板或碳纖維片材進行抗剪加固，其抗剪承載力的提高十分有限。然而，在橋梁工程的實際建設和施工過程中，施工人員多會將橋梁的下部縱向鋼筋身伸入到橋梁的支座內部，從而使得支座受到上部受拉，出現向上彎起的彎矩，而這時，橋梁支座上部結構和下部結構所擁有的鋼筋比例剛好相差無幾，這樣的配筋方式有點類似我們常說的對稱配筋。而跨中截面下部受拉鋼筋比上部要多，所以跨中截面和支座截面南于軸力的作用，不會同時達到抗彎承載力最大值。當軸力過大時，其正截面承載力還將會降低，所以施加的軸向力大小，使得到支座截面和跨中截而都能滿足承載力要求為宜，或者通過施加預壓力，支座截而滿了承載力要求，跨中截面只需進行簡單加固處理。

四、裂縫的處理方法

開裂是預應力混凝土橋梁和普通鋼筋混凝土橋梁的普遍現象。裂縫產生的原因有多種多樣，涉及混凝土原材料特性及配合比、施工工藝、結構設計、氣候條件、日常養護等。從裂縫對結構受力和耐久性來看，裂縫分為有害裂縫和無害裂縫兩類。對有害裂縫和影響外觀的無害裂縫，處理方法主要包括表面封閉法、灌漿法和粘貼加固法等。其中，粘貼加固法的外部粘貼補強材料包括鋼板、鋼筋、玻璃鋼、碳纖維布和芳綸纖維布等。表面封閉法就是對混凝土裂縫表面進行封閉處理的方法，通常用于處理不影響結構承載力安全的裂縫。根據處理手段的不同，表面封閉處理法又可分為表面涂抹、槽口充填和表面噴漿等三種方法。表面涂抹法就是在裂縫部位的混凝土表面涂抹樹脂保護膜，達到封閉裂縫目的的裂縫處理方法。槽口充填法就是在混凝土表面沿裂縫方向鑿出“V”形或“U”形槽口，然后用樹脂砂漿充填修補裂縫的方法。根據所鑿槽口的不同，這種方法又可分為“V形槽口充填法”和“U形槽口充填法”。當裂縫深度較大時，開鑿槽口的深度和寬度都相應增大，槽內填補的粘結材料可根據裂縫位置和槽口情況來確定，如瀝青、樹脂砂漿和配有微量膨脹劑的砂漿等。表面噴漿法就是在經鑿毛處理的混凝土裂縫表面，噴射一層密實而且強度高的水泥砂漿來封閉裂縫的一種修補方法。根據混凝土裂縫的部位、性質和修補要求的不同，可采用無筋素噴漿、掛網噴漿和鑿槽嵌補與掛網相結合的噴漿等修補方法。另外，選擇適當的養護方法也很重要，混凝土的養護，可以使水泥得以充分的水化，加速混凝土硬化，能防止混凝土成型后出現超出正常范圍的收縮、裂縫及破壞等現象。一般來說，混凝土的養護包括自然養護與加熱養護兩類?；炷恋臉藴署B護條件為溫度（20±3）℃，相對濕度保持90%以上，時間28d。而在實際工程中很難達到標準養護的條件，所以，在經濟實用條件下，應采取措施，使混凝土達到良好的養護效果。

結語

國內對于預應力橋梁施工質量控制還存在諸多不足，影響了橋梁結構在交通運行中的功能發揮，給車輛行駛埋下了諸多隱患。施工單位要根據橋梁工程圖紙，對橋梁各個結構點的施工質量加以控制，防止結構病害對橋梁交通造成的不利影響。

參考文獻

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