隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，交通運輸量迅速增長(cháng)，道路上的行車(chē)密度和車(chē)輛軸重不斷加大，公路橋梁負荷日趨加重，加之舊橋部分構件老化、破損或受原設計標準的限制，已不能適應現代交通運輸的要求，橋梁需進(jìn)行加固處理。

　　對于混凝土橋梁的抗彎加固，目前常用的方法有增大截面加固、粘貼鋼板加固、粘貼纖維復合材料加固、體外預應力加固等。這些加固方法各有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有不足之處。加大截面加固能有效提高結構的剛度和承載力，但施工周期長(cháng)，增加結構自重，減小橋下使用空間；粘貼鋼板加固對結構剛度提高明顯，但由于鋼板容易腐蝕耐久性較差，且由于使用結構膠往往發(fā)生粘結破壞，對承載力提高有限；粘貼纖維復合材料加固，纖維材料由于自重輕，抗拉強度高，抗腐蝕能力強，提高最大承載力明顯，但對剛度提高不大，且由于使用結構膠容易發(fā)生粘結破壞；體外預應力加固對剛度和承載能力提高明顯，但錨固端受力很大不容易控制，且施工麻煩，加固成本較高。

　　利用預應力鋼絲繩對橋梁進(jìn)行抗彎加固，有效地克服了上述諸多加固方法的缺點(diǎn)，基本上不增加結構自重，不減少橋下使用空間，并能顯著(zhù)提高結構的剛度和最大承載力，使加固材料能夠充分發(fā)揮作用，并且不發(fā)生粘結破壞，施工方便，成本不高，是一種較好的抗彎加固方法。

　　1、工程概況

　　濟南市繞城高速公路北段西起京福高速公路大楊莊互通式立交，東至濟青高速公路零點(diǎn)立交，全長(cháng)16.9公里。北高架橋位于繞城高速北段，全長(cháng)7.55公里。橋梁設計為雙向四車(chē)道，單幅橋面凈寬為11m，兩側各0.5m防撞護欄。

　　橋上部結構的主要形式有鋼筋混凝土連續板、預應力混凝土連續板、鋼筋混凝土連續剛構、預應力混凝土等截面連續剛構、預應力混凝土變截面連續剛構、斜拉橋等。

　　2007年在對北高架橋的檢測中，發(fā)現該橋存在較多病害，上部結構梁底出現了較多裂縫。經(jīng)山東省交通規劃設計院、山東高速檢測咨詢(xún)中心等有關(guān)部門(mén)現場(chǎng)查看，確定對于上行車(chē)道第29孔25m等截面連續剛構采用預應力高強鋼絲繩進(jìn)行主動(dòng)加固，提高其抗彎承載力。

　　2、預應力高強鋼絲繩加固混凝土梁的原理

　　用預應力高強鋼絲繩加固混凝土梁，是在需要提高抗彎承載力的梁底部外側，沿梁跨度方向布置一排或多排施加了預拉力的鋼絲繩，以此來(lái)抵消部分外荷載在梁上產(chǎn)生的彎矩影響。

　　預應力高強鋼絲繩與體外預應力都屬主動(dòng)加固方式，但前者比后者具有更多優(yōu)勢：

　　2.1鋼絲繩在梁底分散布置，不會(huì )在錨固區產(chǎn)生應力集中；

　　2.2鋼絲繩張拉完成后在梁底涂抹防護砂漿，可以保護鋼絲繩不受損傷；

　　2.3單根預應力鋼絲繩的拉力較小，張拉時(shí)不需要大型設備，施工更方便。

　　3、預應力鋼絲繩加固材料特點(diǎn)

　　預應力高強鋼絲繩加固對鋼絲繩材料、錨頭、錨具以及砂漿都有著(zhù)特殊的要求。

　　鋼絲繩應選用高強度、低松弛、高延性的鋼絲繩，其直徑不宜太大，以便于張拉和錨固，直徑根據所需施加的總預應力和鋼絲繩根數共同確定，本工程中鋼絲繩直徑為4.5mm。

　　選用鋁合金套筒制作擠壓錨頭，把鋼絲繩端部折成雙股后穿入套筒中，然后后用特別設計的擠壓器進(jìn)行擠壓，使鋁合金套筒與鋼絲繩成為一整體，構成擠壓錨頭。

　　錨具為在一定厚度的鋼板上開(kāi)槽，把鋼絲繩從槽口嵌入，擠壓錨頭卡在錨具側面將鋼絲繩錨住。

　　端部錨固砂漿采用環(huán)氧砂漿，強度高、硬化快；底部防護砂漿采用聚合物砂漿，應具有較好的延性，不易出現橫向裂縫。

　　4、預應力高強鋼絲繩加固設計計算方法

　　預應力高強鋼絲繩加固梁體可按《公路橋梁加固設計規范》中體外預應力加固的方法進(jìn)行計算。

　　4.1評估抗彎加固前梁體的極限承載力

　　《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中相關(guān)公式

　　式中，——橋梁結構的重要性系數，按公路橋涵的設計安全等級，一級、二級、三級分別取用1.1、1.0、0.9。

　　根據以上兩式以及橋梁結構的截面特性計算出梁體的抗彎承載力Md。

　　4.2計算結構當前承受的實(shí)際荷載

　　由橋上相應構件的材料容重及截面特性可計算其承受的恒載彎矩大小。根據《公路橋涵設計通用規范》計算各片梁橫向分布系數，由梁體的受力影響線(xiàn)求得汽車(chē)荷載在兩種產(chǎn)生的最大活載彎矩。按規范中“1.2恒載+1.4活載”進(jìn)行荷載組合，可得到當前結構所受最大彎矩設計值M0。

　　4.3計算需提高的抗彎承載力

　　若計算的極限抗彎承載力Md比荷載在跨中產(chǎn)生的最大彎矩M0小，則說(shuō)明結構承載能力不足，需要進(jìn)行抗彎加固，兩者差值即為需要提高的抗彎承載力，ΔM=M0-Md

　　4.4計算需要的預應力鋼絲繩數量

　　在梁底增加預應力鋼絲繩將使混凝土受壓區高度增加，高度增加部分（Δx）混凝土對底部既有縱向受拉鋼筋與預應力鋼絲繩的合力點(diǎn)的彎矩即為提高的抗彎承載力。

　　4.5端部錨具設計

　　端部錨具尺寸根據預應力鋼絲繩所受的拉力計算確定，扣除鋼絲繩孔道后的凈截面積須能滿(mǎn)足鋼絲繩所受拉力，根據梁底寬度和所需預應力鋼絲繩根數，確定鋼絲繩的布置層數，進(jìn)而確定錨具的截面尺寸。

　　5、預應力鋼絲繩加固梁體施工工藝

　　預應力高強鋼絲繩抗彎加固必須將鋼絲繩可靠地錨固于梁底，使鋼絲繩的拉力能夠傳遞到待加固混凝土梁上，有效提高混凝土梁的抗彎承載力，施工方法和工藝如下所述：

　　5.1端部錨具的制作

　　端部錨具由鋼絲繩根數和其承擔的拉力荷載專(zhuān)門(mén)設計。為確保預應力鋼絲繩張拉與錨固的方便，其外側為開(kāi)口形式，開(kāi)口寬度比鋼絲繩直徑寬0.5mm，開(kāi)口深度以能將鋼絲繩有效錨固為宜。錨具的厚度考慮焊接的需要，寬度由鋼絲繩的受拉力所需強度確定，長(cháng)度根據梁底寬度確定。本工程中錨具槽口寬度為5mm，深度為10mm，單個(gè)錨具長(cháng)度為74cm，寬度為5cm。錨具制作完成后將其焊在寬度較大的鋼板上。

　　5.2端部錨座的固定

　　按照設計要求，對梁端底板進(jìn)行量測、放線(xiàn)，確定設置端部錨具的中心線(xiàn)位置。在梁底安裝端部錨座的中心線(xiàn)位置沿跨度方向刻槽，刻槽深度以能將錨具的錨固鋼板嵌入為宜，以使鋼絲繩與梁底盡量密貼。將刻槽位置打磨成粗糙的平面，并鉆孔植入全螺紋螺桿。打磨錨固鋼板的粘貼結合面，在鋼板結合面及處理好的混凝土表面上涂抹粘鋼膠，將鋼板粘貼在預定位置，立即緊固螺母將鋼板固定。待結構膠達到設計強度鋼板粘貼牢固后，即可進(jìn)行下一道工序。

　　5.3預應力鋼絲繩下料與擠壓錨頭的制作

　　預應力鋼絲繩的下料長(cháng)度要求極為嚴格，根據兩端端部錨具的間距及預應力鋼絲繩的工作應力計算確定。梁底錨座安裝好后，用一根同規格的鋼絲繩作為基準鋼絲，根據基準鋼絲的張拉控制應力與現場(chǎng)測量的實(shí)際引伸量的關(guān)系，精確確定鋼絲繩的無(wú)應力下料長(cháng)度。鋼絲繩下料是應在拉緊但無(wú)應力狀態(tài)下進(jìn)行，下料長(cháng)度應控制在±3mm以?xún)取?/p>

　　擠壓錨頭為鋁合金雙孔套筒式，鋼絲繩在端部折成雙股后穿入擠壓錨頭內孔，由專(zhuān)門(mén)設計的擠壓模具、擠壓機械對擠壓錨頭進(jìn)行強力擠壓，使擠壓錨頭與鋼絲繩擠壓成一體。

　　5.4預應力鋼絲繩的張拉與錨固

　　預應力鋼絲繩的一端可直接穿入端部錨具的開(kāi)口，另一端通過(guò)張拉器進(jìn)行張拉。張拉長(cháng)度滿(mǎn)足兩端的端部錨具間距時(shí)，將預應力鋼絲繩從端部錨具的開(kāi)口嵌入，對擠壓錨頭進(jìn)行錨固。張拉時(shí)采用對稱(chēng)的原則，從中間向兩側對稱(chēng)進(jìn)行，以防結構產(chǎn)生扭轉、側彎，一側與另一側的鋼絲繩數量之差不超過(guò)3根。

　　鋼絲繩張拉過(guò)程中要密切注意每根鋼絲繩的張拉應力大小，拉應力過(guò)大或過(guò)小都是不符合要求的。若張拉的鋼絲繩應力超過(guò)設計控制張拉力很多才能錨固，則該鋼絲繩的下料長(cháng)度過(guò)短，不符合要求；若鋼絲繩張拉應力還沒(méi)有達到設計控制張拉力就可嵌入錨具凹槽內，則該鋼絲繩下料長(cháng)度過(guò)長(cháng)，可加錨具外端加墊片進(jìn)行調整。

　　5.5澆筑端部錨固砂漿和底部防護砂漿

　　端部錨固砂漿采用高性能環(huán)氧砂漿，強度高、硬化快；底部防護砂漿采用聚合物砂漿，具有較好的延性，不易出現橫向裂縫。在鋼絲繩全部張拉完畢并可靠錨固后，在端部錨具處涂抹錨固砂漿，在錨具之間的鋼絲繩位置梁底涂抹防護砂漿，將鋼絲繩及錨具覆蓋。砂漿涂抹完成后，在其表面涂刷一層與梁體顏色相近的涂料，以達到美觀(guān)效果。

　　　　6、結束語(yǔ)

　　6.1預應力鋼絲繩加固梁體，克服了諸多抗彎加固方法的不足，并能有效提高結構的剛度和抗彎承載力，是一種相對較好的加固方法，具有很好的應用前景。

　　6.2由于鋼絲繩擠壓錨頭是在張拉施工前就制作好的，對其施加的預應力靠鋼絲繩的伸長(cháng)量控制，并且每根鋼絲繩的彈性模量不一定完全相同，即使其下料長(cháng)度完全相同，還可能會(huì )使最終施加的預應力與設計值存在偏差，若能將張拉端的錨頭和錨具進(jìn)行改進(jìn)，將使得這種方法更加完美。