下载文档原格式
论桥梁体外预应力加固技术应用分析摘要:应用体外预应力技术加固旧桥能改善旧桥承载能力,方便,经济,同时也不需中断交通，体外预应力技术在新时期的桥梁建设及加固过程中得到了广泛的应用，并取得了良好的社会和经济效益。
本文就桥梁体外预应力技术进行简单的介绍并结合实际案例进行详细的阐述。
关键词:桥梁体外预应力加固技术分析abstract: the application of external prestressing reinforcement old bridge to improve the carrying capacity of the old bridge, convenient, economic, but also do not need to interrupt traffic, external prestressing technology has been widely used in bridge construction and consolidation process of the new era, and have achievedgood social and economic benefits. in this paper, external prestressing of bridge for a brief introduction and actual case in detail.key words: bridge vitro; prestressed; analysis of reinforcement technology中图分类号：u445.7+2 文献标识码：a 文章编号：引言随着我国经济的飞速发展, 公路运输量大幅度提高, 车辆载重和行车密度不断增加, 作为公路交通的咽喉, 桥梁使用功能的好坏直接影响公路交通的畅通, 其正常营运是确保交通安全的关键。
然而桥梁结构由于设计过程中的历史局限或是施工过程中的初始缺陷、各种意想不到的自然灾害、自然老化, 造成现有桥梁中的相当一部分已经满足不了正常营运的要求。
体外预应力加固连续刚构桥研究大跨度预应力混凝土连续刚构桥具有许多优点,在近几十年来得到了广泛应用。
长期应用表明,国内外已建成的混凝土连续刚构桥均出现了不同程度的主梁开裂和中跨跨中持续超下挠现象。
主梁开裂与中跨下挠之间相互耦合,对桥梁的安全与使用性能造成严重的影响。
体外预应力加固是混凝土连续刚构桥的主要加固方法之一,是一种积极主动的加固方法,可以有效地提高主梁抗弯承载能力、增加主梁压应力储备以及改善中跨跨中下挠发展。
虽然体外预应力加固法已被大量应用于桥梁加固项目中,但仍有很多问题需要进行进一步研究。
本文通过对预应力混凝土连续刚构桥的梁体开裂和中跨下挠问题进行分析,讨论了体外预应力的加固方法,并结合清泉寺嘉陵江特大桥的工程实例,对该桥的病害和成因、加固方案与加固监测进行了研究,主要内容有: (1)论述了国内外预应力混凝土连续刚构桥的现状与问题,以及体外预应力加固方法的意义与作用。
(2)总结了预应力混凝土连续刚构桥梁体开裂与中跨下挠的问题,并分析其主要原因。
(3)阐述了体外预应力的加固体系与构造、体外预应力钢束的布置形式以及体外预应力加固的计算理论与方法。
(4)结合加固工程实例,介绍了清泉寺嘉陵江特大桥的病害问题,分析梁体开裂以及中跨跨中下挠等病害的产生原因,并对加固过程中梁体的挠度、应力以及体外预应力张拉情况进行了监测。
(5)利用有限元分析软件建立整体以及局部模型,对体外预应力加固效果进行分析,对体外预应力加固的有效性进行研究。
影响体外预应力加固法预应力损失的因素有很多，针对不同的工程很难给出一个统一的计算方法。
因此，如何结合工程的实际，有针对性地给出预应力损失的计算方法并能满足工程精度的要求，成为体外预应力加固法预应力损失计算亟需解决的问题。
1 预应力损失的分类体外预应力加固法会产生多种预应力损失，在正常使用的极限状态计算中，应主要考虑以下几种预应力损失：（1）张拉端锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失，也称锚固损失，记作δl1；（2）预应力筋与孔道壁、张拉端锚口及转向装置的摩擦引起的预应力损失，也称摩擦损失，记作δl2；（3）混凝土的弹性压缩损失，记作δl3；（4）预应力筋的应力松弛引起的预应力损失，记作δl4；（5）混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失，记作δl5。
为了有效区分不同的预应力损失，按预应力损失发生的时间长短可分为瞬时损失（如δl1、δl2、δl3）和长期损失（如δl4、δl5）2种[1]。
2 预应力损失的计算2.1 锚固损失δl1把锚固损失定义为张拉阶段的瞬时损失是相对长期损失而言的，其实预应力锚固损失并不是瞬间产生的，而是有一个变化的过程。
研究表明，预应力筋放张后的前20 min 是预应力锚固损失最快的阶段，20 min以后逐渐放慢，直到80 min后趋于平缓。
而且锚固损失和张拉预应力有着直接关联，张拉预应力越大产生的锚固损失也越大[2]。
根据“总变形值＝锚具变形值＋预应力筋内缩值”这一条件，GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》（以下简称“《规范》”）给出了后张曲线（或折线）预应力筋常用束形的预应力锚固损失的计算公式：（1）抛物线形（圆心角≤90°）预应力筋损失值的计算方法如式（1）所示。
)1)((21fcfconl lxrl−+=κμδδ（1）式（1）中，δcon—预应力筋的张拉控制应力，MPa ；l f—反向摩擦影响长度，m；μ —预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数；r c—圆弧形曲线预应力筋的曲率半径，m；κ —孔道每米长度局部偏差的摩擦系数；x —张拉端至计算截面的距离，m。
公路桥梁体外预应力受力特性分析作者：于鑫来源：《城市建设理论研究》2013年第36期摘要:利用midas/Civil程序对公路体外预应力混凝土连续刚构桥进行分析计算，并得出结构受力合理的结论。
在计算模型正确的基础上，重点分析体外预应力钢束损失情况和介绍在极限荷载作用下体外预应力结构应力增量的相关理论，为体外预应力技术在桥梁工程中的应用提供了结构设计方面的依据。
关键词：体外预应力；midas/Civil；预应力损失；应力增量中图分类号：U445 文献标识码：A中图分类号：U442体外预应力是后张预应力体系的重要分支之一，是将预应力钢束布置在梁体外的一种结构形式，只在转向块及锚固端处与混凝土有相同位移。
体外预应力钢束既可适用于做永久预应力束，也可作为施工临时束，或作为旧桥加固的预应力束使用。
近年来，我国的桥梁工作者正日益认识到体外预应力结构的重要价值，已从多方面展开研究工作，并且在桥梁工程和建筑结构的加固以及新结构的设计中对其进行了深入探索。
本文主要以连续刚构桥为实际工程背景，重点计算分析体外预应力刚构桥的受力情况和体外预应力束的相关特性。
1 工程简介以国内某预应力混凝土连续刚构桥为实例，其跨径布置为75+l30+75 m，桥全长260 m，主墩采用双薄壁柔性墩，两岸主、引桥间各设有一过渡墩，引桥均为30 m先简支后连续箱梁。
主桥单侧悬臂施工部分共由8个3.5 m和7个4.4 m节段组成，箱梁顶板宽16.5 m，底板宽9. 25 m，两侧悬臂长各3.63 m。
箱梁根部梁高7.8 m(最低腹板外侧高)，跨中梁高3.0 m，箱梁高度以1.8次抛物线变化。
在预应力体系上只在纵向和横向布置预应力而取消了竖向预应力。
纵向预应力钢束分为以下几类：I期悬臂施工束T1~T32，边跨底板束B1~B2，边跨合龙束L3~L5，中跨底板束D1~D2，中跨合龙束L1 、L2，体外束W1~W8。
主梁纵向体内预应力束采用s15.24高强低松弛钢绞线，体外预应力束采用s15.24高强低松弛喷环氧钢绞线，夹片式群锚，两端张拉。
试论桥梁中体外预应力技术力学特性【摘要】通过探讨在桥梁实践中预应力混凝土结构中体内预应力体系在桥梁实践中相继暴露出来的问题，从而对于体外预应力体系得以发展相关问题进行重点分析，对于今后桥梁中体外预应力技术发展具有一定作用。
【关键词】体外预应力；体内预应力；摩阻损失；预应力损失1 体外预应力技术的发展在预应力混凝土结构中，体外预应力的运用实际上要早于体内预应力结构，20世纪30年代，体外预应力桥梁最大跨径已达150m，但由于防护问题制约了其应用发展，而大量采用体内预应力。
体内预应力体系在桥梁实践中相继暴露出一些缺点，例如箱梁腹板难以减薄、摩擦损失过大、密集的管道使混凝土浇筑困难、管道内压浆不密实使预应力筋腐蚀严重、甚至导致桥梁毁坏等[1]。
体外预应力得以发展，主要有以下几方面的需要[2]：(1)旧桥加固和提高荷载等级；(2)斜拉桥、悬索桥大量的发展，缆索防护技术的进步；(3)节段施工法成为长大桥施工技术的主流；(4)桥梁方案的竞争。
桥梁建设的经济性，不再只是桥梁结构本身材料的多少，而包含着施工速度、施工费用、施工质量的保证、营运管理维修费用等多方面综合经济技术的比较。
对于长大桥梁和城市桥梁，标准化的经济跨径，施工方案更显出其优越性。
逐跨预制节段施工、悬臂以及顶推施工、斜拉桥、矮塔斜拉桥以及组合结构等建桥技术和桥型结构的发展结合着新材料、新工艺的应用，体外预应力束引起了人们的重视。
应用新材料、新技术、新方法取得良好的综合经济效益，成为提高竞争力的关键。
2 体外预应力束的防护体系2.1 整体套管，聚乙烯套管内压水泥浆。
2.2 单根钢绞线外热挤高密度聚乙烯(hdpe)防护套，无黏结成品索。
2.3 多重防护：随着斜拉桥与悬索桥的发展，对拉索与锚固体系防腐系统的研究与应用有了进一步的新成果，采用多重防护：第一层，在钢绞线的单根光面钢丝上涂环氧树脂；第二层，在外层pe 和绞线间灌注专用防腐油脂；第三层，单根钢绞线外包pe；第四层，整束拉索外包hdpe护管。
连续刚构箱梁体外预应力施工技术林洁君吴楠(中铁大桥局集团有限公司，浙江海宁314415)摘要：体外预应力是后张预应力结构体系的重要分支之一。
国际预应力协会（FIP）于1996年将体外预应力定义为预应力索布置在混凝土截面之外的预应力。
嘉绍大桥北岸水中区引桥为5孔或6孔一联的连续刚构桥，截面为超宽单箱双室斜腹板箱梁形式。
本工程大规模采用体外预应力，体外索布置在梁体混凝土外部，每联设置22或24束体外索，长度为71.38～214.52m，采取跨中下弯的形式布置，体外索荷载是通过墩顶块横隔墙锚固端和转向块传递至主体结构混凝土的。
关键词：体外预应力；连续刚构；箱梁；施工技术1 工程概述嘉兴至绍兴跨江公路通道嘉绍大桥第Ⅶ合同段工程为北岸水中区引桥和北副航道桥的上部结构，孔跨布置为：7×(5×70)m＋(70+2×120+70)m+5×(5×70)m＋(6×70)m。
其中：B13#～B48#、B52#～B82#、B82#～Z1#墩之间为十三联预制拼装法施工的70m等跨径预应力混凝土连续刚构，合计66孔，桥型均为上、下行分幅设置。
70m等跨径预应力混凝土连续刚构箱梁采用单箱双室斜腹板箱梁形式，梁高为4.0m，箱梁顶板宽19.8m，底板宽10.9m，翼缘悬臂长为3.2m，顶板厚为28cm，从墩顶至跨中，节段底板厚依次为50cm、43cm、37cm、31cm、27cm，两侧腹板厚依次为70cm、63cm、57cm、51cm、45cm。
节段箱梁长1.7～3.6m，重69～172t。
箱梁顶面设有2%横坡，采用箱梁腹板高度变化形成，箱梁底板下缘横向保持水平。
嘉绍大桥采用15－27型环氧钢绞线体外预应力体系（见图1-1），其钢绞线采用防腐性能高的填充型环氧涂层钢绞线。
其主要技术标准符合《环氧涂层七丝预应力钢绞线》（GB/T21073-2007）的规定。
单股钢绞线是由七根钢丝绞成，单根钢绞线直径φs15.24mm，=1860Mpa，弹性模量Ep=1.95×105 Mpa。
实用体外预应力结构预应力损失估算方法模板范本一：学术研究风格本文档旨在介绍实用体外预应力结构预应力损失估算方法。
首先，我们将详细介绍预应力损失的概念和影响因素。
接着，我们会逐个展开介绍不同的预应力损失计算方法，并对它们的优缺点进行评述。
最后，我们将提供实际案例以及相应的预应力损失计算步骤。
第一章：预应力损失的概念1.1 预应力损失的定义1.2 预应力损失的分类1.3 预应力损失的影响因素第二章：预应力损失计算方法2.1 引言2.2 自由长度法2.3 牛顿-拉夫逊迭代法2.4 钢束法2.5 部分激活力法2.6 有限元法2.7 数值模拟法第三章：各种方法的优缺点比较3.1 自由长度法与牛顿-拉夫逊迭代法的比较3.2 自由长度法与钢束法的比较3.3 自由长度法与部分激活力法的比较3.4 自由长度法与有限元法的比较3.5 自由长度法与数值模拟法的比较第四章：实际案例及预应力损失计算步骤4.1 引言4.2 案例描述4.3 预应力损失计算步骤4.4 结果分析和验证附件：附件1：实际案例数据附件2：预应力损失计算公式法律名词及注释：1. 预应力：用于预先对结构施加内力来抵消外载荷所引起的变形或产生适应外力作用的结构构件。
2. 损失：预应力在传递过程中的衰减。
-------------------------------模板范本二：信息化技术风格本文档旨在介绍实用体外预应力结构预应力损失估算方法。
包括预应力损失的概念和影响因素、预应力损失计算方法和相应的优缺点比较，以及实际案例和预应力损失计算步骤。
章节一：预应力损失的概念1.1 预应力损失的定义：指预应力在传递过程中所衰减的过程。
1.2 预应力损失的分类：分为初始损失、锚固损失、徐变损失和输运损失等。
章节二：预应力损失计算方法2.1 引言：概述预应力损失计算方法的重要性和应用场景。
2.2 自由长度法：通过计算预应力钢束的长度来估算预应力损失。
2.3 牛顿-拉夫逊迭代法：利用迭代计算方法逐步逼近预应力损失的精确值。
大跨径连续刚构桥体外预应力束索力监测与预应力损失分析摘要：体外预应力钢束因其可到达、可补张拉和易于更换等优点，在预应力混凝土桥梁中的运用越来越多。
本文以一新建的体内体外混合配束的大跨径连续刚构桥为背景，该桥在体外预应力施工的同时安装了一定数量的闭合式磁通量传感器，以对体外束的索力进行长期监测。
通过分析约37个月内所获得的三批监测数据，并将其与有限元分析的结果进行对比，对体外束索力的变化及引起变化的原因进行了探讨。
关键词：连续刚构桥；体外预应力；索力监测；预应力损失1 体内体外混合配束的大跨径连续刚构桥的设计简介某高速公路上一座跨越河流的大跨度悬浇变截面连续刚构桥，跨径布置63m+115m+63m，如图1所示。
设计荷载为公路I级，单幅桥面布置为0.5m护栏+11.0m行车道+0.5m护栏。
桥梁主梁为单箱单室变截面PC连续箱梁，箱梁顶板宽12m，底板宽6.5m；主梁在主墩墩顶位置梁高7m，跨中梁高3m。
图1桥梁立面该桥预应力采用双向预应力体系，在纵向预应力设计中采用体内-体外混合配束。
体内预应力钢束主要用于基本满足结构在施工与使用状态的受力要求，而体外预应力钢束则主要用于抵消体内预应力钢束长期损失的不确定性带来的不利影响，在全桥合龙后进行初次张拉，并在成桥运营阶段，视桥梁使用状况选择合适时机补张拉。
体外预应力的配置为两边跨各布置了4束Øs15.2-16，中跨布置了6束Øs15.2-16（中跨另有两根备用束），如图2所示。
体外束的设计张拉控制应力为0.45fpk =837MPa，单根钢束对应的张拉力为F=116.3kN。
体外预应力钢束采用镀锌铝合金无粘结钢绞线。
2 体外预应力监测方案简介为充分利用体外预应力方便检测与更换的特点，并为体外预应力的进一步推广利用积累基础数据，本桥在体外预应力施工的同时，即安装了一定数量的闭合式磁通量传感器，以监测体外束索力随环境温度、荷载、运营时间的变化而产生的变化。
图2现场闭合式磁通量传感器的安装根据钢束对称布置的特点以及受成本控制，每跨内在转向块前后各选取1个截面布置一定数量传感器，以对体外束的索力进行较长期的监测。
两边跨各选1束、中跨选4束各取其2根钢绞线进行监测，其余各束则只监测1根钢绞线。
单幅共布设36个磁通量传感器测点，其中中跨20个，两边跨各8个，左右幅共72个。
图2示意了传感器沿桥梁纵向布置的情况。
该桥于2015年12月31日通车运营，到目前为止，共进行了三次测量，各次测量的具体时间及桥梁对应的工况如下表所示。
表1测量概况（a）边跨（b）中跨的一半图2体外预应力的线形及传感器的布置3 体外束索力数据分析3.1 引起体外束索力变化的原因对本桥来说，已有的监测数据均针对施工状况及正常使用状况，这些状况下体外预应力筋的应力增量非常有限，可认为体外束的索力变化主要由预应力损失所导致。
引起体外预应力损失的因素主要包括：（1）钢束在转向和锚固构造内的摩擦；（2）锚具变形、钢束回缩；（3）混凝土的弹性压缩；（4）预应力钢束的应力松弛；（5）混凝土的收缩和徐变。
3.2 磁通量传感器的标定本桥在采用磁通量传感器对体外束索力进行监测时，传感器的标定是在钢束张拉至张拉控制应力的15%时进行的，这种标定方法需预估这一过程中钢束因转向和锚固构造内的摩擦而导致的损失。
因此，初始测量得到的单根索力F1（该值在钢束张拉至张拉控制应力的100%后的持荷阶段测量），与钢束的真实索力值之间，除去测量误差外，还有一些额外的误差。
但几次测量值之间的差值具有一定的实际意义，反映了钢束的各项预应力损失，如前述的第（2）、（3）项以及约10个月长时间内发生的第（4）、（5）项预应力损失之和可以从F2与F1的差别中看出，而从F3与F2的差别中则可进一步看出约27个月时间内由钢束的应力松弛和混凝土的收缩徐变所导致的预应力损失。
3.3 体外束索力的监测数据及其分析由于测量的数据较多，以下仅给出了左幅桥梁三次测量的数据，如表2和表3所示。
总体来说，左右幅桥梁体外束的索力数据呈相同的变化规律。
下列表中F0指单根钢束的理论张拉力，为116kN；F1、F2、F3分别指三次测量所得的单根索力；钢束编号中L代表小桩号侧边跨的钢束，M代表中跨的钢束，R则代表大桩号侧边跨的钢束，编号中的后缀s代表与之在横向对称的钢束，表中数据为空代表钢束在转向块的该侧没有布置传感器。
从下列表中数据可以看出，除个别钢束外，绝大部分钢束几次测量间的索力变化，趋势都非常接近。
剔除异常数据（M1钢束位于转向块右侧的传感器第三次测量数据反而增大），第二次测量与第一次测量期间发生的单根钢束索力损失平均值为7.45kN，达到理论张拉力F的6.4%；而第三次测量与第二次测量期间发生的单根钢束索力损失平均值为2.90kN，达到理论张拉力F的2.5%。
表2左幅桥梁三次测量数据（一）钢束转向块左（小桩号侧）F1(kN)F2(kN)F3(kN)F0-F1F1-F2F2-F3FFFL 1-1108.099.195.17%8%3%232-32232222333R 1-2103.793.990.511%8%3%R 2106.998.595.28%7%3%R2s------R 1s102.293.489.812%8%3%表3左幅桥梁三次测量数据（二）钢束转向块右（大桩号侧）F1(kN)F2(kN)F3(kN)F0-F1F1-F2F2-F3FFFL11154343 -4 1 2 2 2-221222323-3.4 体外预应力损失的有限元分析采用MIDAS/Civil软件建立了该桥的杆系分析模型，对预应力损失进行估算。
建模时模拟了体外预应力的索力监测过程，由于本桥的索力监测方案未能完全真实地反映钢束在转向和锚固构造内的摩擦所引起的预应力损失，在有限元分析中不考虑该项损失（因此F1=F=116kN），重点分析几次测量时间点之间的索力差值。
体外预应力钢束的张拉顺序为先中跨，然后左边跨，最后右边跨。
由模型分析得到位于各转向块左侧（小桩号侧）的监测点的预应力损失情况如表4所示。
将表4的数据与表2的数据进行比较，可以发现就几次测量间的索力变化，即（F1-F2）/F、（F2-F3）/F来说，基于有限元分析的预应力损失估算结果与监测的数据，在变化规律和量级上比较相符，监测数据整体略偏大。
总体上可以认为，体外预应力钢束的工作状态符合预期。
表4基于有限元分析的预应力损失估算钢束转向块左（小桩号侧）F2(kN)F3(kN)F1-F2F2-F3FFL 1108.1105.97.1%1.9%L 2108.6106.36.7%1.9%L 2s108.8106.56.5%1.9%L 1s108.3106.16.9%1.9%4 结语（1）对于本桥来说，监测数据表明体外预应力钢束的工作状态符合预期。
（2）监测数据表明实际发生的预应力损失要略大于有限元分析的预估值。
（3）为能进一步获得体外预应力钢束因在转向和锚固构造内的摩擦而引起的预应力损失，磁通量传感器的标定最好在钢束张拉之前进行，然后在张拉施工时校核传感器零点。
参考文献黎振源，石菊创，龙屹宇．洛维大桥体外索加固前后试验及后期监测数据分析[J]．中外公路，2018(8)：189-191．刘长胜．大跨径连续刚构桥体外预应力索力测试及验证[J]．工程试验与研究，2017(3)：34-36．黄晔，吴琛．磁通量传感器在体外索力检测中的应用[J]．建材技术与应用，2007(10)：18-20．郭风琪，袁石沣，单智．新型体外预应力体系预应力瞬时损失试验研究[J]．铁道科学与工程学报，2014(12)：1-5．张宏华．体外预应力钢束的摩阻损失试验研究[J]．现代交通技术，2016(12)：52-54．。
