鋼筋混凝土梁式橋通常包括簡(jiǎn)支梁(T 型梁、少筋微彎板工形組合梁、π 形梁及板梁等)、懸臂梁和連續(xù)梁等。當(dāng)其存在結(jié)構(gòu)缺陷， 尤其是承載力不足或需要提高荷載等級(jí)， 需要對(duì)橋梁主要受力構(gòu)件進(jìn)行加固時(shí)，可考慮采用體外預(yù)應(yīng)力加固法。這一方法是在梁體外部（ 梁底與梁兩側(cè)） 設(shè)置鋼筋或鋼絲束， 并施加預(yù)應(yīng)力， 以改善結(jié)構(gòu)的受力狀況， 達(dá)到提高橋梁承載能力的目的。

一、梁橋加固體外預(yù)應(yīng)力加固方法

體外預(yù)應(yīng)力加固，實(shí)際是改變了梁體原有受力體系的受力狀態(tài)。根據(jù)加固對(duì)象的不同，該加固法又可分為預(yù)應(yīng)力拉桿加固和預(yù)應(yīng)力撐桿加固。

預(yù)應(yīng)力撐桿加固主要用于提高軸心受壓以及偏心受壓鋼筋混凝土柱的承載能力，例如，排架樁式橋墩、橋臺(tái)以及拱橋的柱式腹拱墩等。

預(yù)應(yīng)力拉桿加固主要用于受彎構(gòu)件， 根據(jù)被加固結(jié)構(gòu)受力要求不同， 預(yù)應(yīng)力拉桿加固法又分為三種， 即水平拉桿加固、下?lián)问嚼瓧U加固和豎向拉桿加固。

1． 水平拉桿加固

預(yù)應(yīng)力水平拉桿加固適用于正截面受彎承載力不足的加固， 同時(shí)， 可減小梁的撓度，縮小原構(gòu)件的裂縫寬度。對(duì)于鋼筋混凝土T 梁或Ⅰ 字梁橋， 可采用在梁的受拉區(qū)， 即在梁底增設(shè)水平的預(yù)應(yīng)力拉桿的補(bǔ)強(qiáng)方法進(jìn)行加固，如圖7-5-1 所示。當(dāng)安裝好拉桿并通過(guò)一定的裝置進(jìn)行收緊張拉， 使得拉桿產(chǎn)生較大的縱向拉力并傳至梁底， 使梁底受拉區(qū)受到拉桿頂壓應(yīng)力的作用， 梁中受拉應(yīng)力也就相應(yīng)減少。從加固原理看， 這種補(bǔ)強(qiáng)加固法可提高梁體的正截面抗彎承載力， 但不能提高支座附近斜截面抗剪承載能力。水平拉桿， 多由高強(qiáng)螺紋粗鋼筋、鋼絲束、或鋼絞線組成， 其作用是在梁受拉部位施加縱向預(yù)應(yīng)力。

2． 下?lián)问嚼瓧U加固

預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U加固適用于斜截面受剪承載力、正截面受彎承載力均不足的受彎構(gòu)件加固， 同時(shí)又可減小梁的撓度， 縮小原構(gòu)件的裂縫寬度。該加固方法的主要特點(diǎn)是， 將水平的補(bǔ)強(qiáng)拉桿在接近支座處向上彎起， 然后將拉桿錨固于梁板支座的上部， 彎起點(diǎn)處設(shè)置傳力構(gòu)造， 再施加預(yù)拉應(yīng)力。補(bǔ)強(qiáng)拉桿一般為粗鋼筋， 也可采用型鋼。由于預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U補(bǔ)強(qiáng)布置較為合理， 拉桿中施加預(yù)應(yīng)力后， 通過(guò)拉桿彎起點(diǎn)的支托構(gòu)件傳力， 對(duì)梁體產(chǎn)生作用力， 起到卸載作用。這種加固方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)受彎構(gòu)件垂直截面上的抗彎強(qiáng)度和斜截面上的抗剪強(qiáng)度同時(shí)起到補(bǔ)強(qiáng)作用， 構(gòu)造妥當(dāng)可將原結(jié)構(gòu)的承載能力提高較大。加固方法詳見表7-5-1。

3． 豎向拉桿加固

針對(duì)于箱梁腹板拉剪強(qiáng)度不足， 主拉應(yīng)力過(guò)大時(shí)采用， 一般沿主梁腹板或橫梁布設(shè)的豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋對(duì)其追加預(yù)應(yīng)力， 見圖7-5-2。

二、梁橋加固體外預(yù)應(yīng)力加固原理

對(duì)于需要加固的鋼筋混凝土梁式橋， 常在梁底或梁側(cè)下部增設(shè)預(yù)應(yīng)力加勁鋼絲索或預(yù)應(yīng)力粗鋼筋補(bǔ)強(qiáng)， 并分別錨固在梁的兩端， 通過(guò)設(shè)置一定的聯(lián)結(jié)構(gòu)件使預(yù)應(yīng)力拉桿（ 鋼絲索或粗鋼筋） 與梁體構(gòu)成一個(gè)桁架體系， 成為一次超靜定結(jié)構(gòu)， 從而抵消部分恒載應(yīng)力，起到卸載作用， 從而較大幅度地提高橋梁的承載能力。
通過(guò)在梁體外設(shè)置拉桿， 并與被加固的梁體錨固聯(lián)結(jié)， 然后施加預(yù)應(yīng)力， 強(qiáng)迫后加的拉桿受力，從而改變?cè)Y(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，降低原結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平，使結(jié)構(gòu)總承載力顯著提高，且可減少結(jié)構(gòu)的變形、裂縫寬度縮小甚至完全閉合。這就是體外預(yù)應(yīng)力加固梁式橋梁， 并提高其承載能力的機(jī)理。

體外預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U加固補(bǔ)強(qiáng)方法是最常用的一種， 它可視為改簡(jiǎn)支梁為上承式桁架梁。桁架的上弦即為原結(jié)構(gòu)主梁， 下弦是新增設(shè)的水平拉桿， 斜腹桿是新增的斜拉桿，把與梁體接觸的墊塊視為豎桿， 單墊塊為單柱式， 雙墊塊為雙柱式。斜桿的上端錨固位置有兩種： 一種錨于梁端的頂部； 另一種錨于靠近端橫梁處的梁肋頂部。斜桿的下端與滑塊連結(jié)， 滑塊依賴?yán)瓧U收緊后產(chǎn)生的上托力和滑移時(shí)的摩擦力與上弦聯(lián)結(jié)。對(duì)斜桿的張拉不是直接施加的， 而是隨著水平拉桿張拉力增加， 下端滑塊產(chǎn)生相應(yīng)的移動(dòng)， 使它的長(zhǎng)度增大。當(dāng)水平拉桿張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)量后， 將它的兩端錨固， 加固工作即告完成。在斜桿頂端和梁底墊塊上作用力的水平分力共同對(duì)梁體施加偏心軸向壓力。上述作用力的豎向分力所形成的力偶對(duì)梁端施加負(fù)彎矩及豎向負(fù)剪力。這些預(yù)加力可以抵消或超過(guò)恒載作用力。在車輛通過(guò)時(shí)， 這些體外拉桿是上部結(jié)構(gòu)的組成部分并與原有梁體共同受力， 形成超靜定體系， 各拉桿的張拉力將自動(dòng)增加， 進(jìn)一步起到加強(qiáng)梁體的作用。

三、力學(xué)要點(diǎn)

加固后預(yù)應(yīng)力拉桿與鋼筋混凝土梁或板等構(gòu)件將組成一個(gè)整體并共同受力。因此， 補(bǔ)強(qiáng)拉桿與被補(bǔ)強(qiáng)的梁板組成了一個(gè)新復(fù)合體系， 改變了結(jié)構(gòu)原來(lái)的靜力圖形， 可提高其承載能力。

當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力拉桿加固鋼筋混凝土梁式橋時(shí)， 加固結(jié)構(gòu)的性能和受力特征， 與后張法無(wú)粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相似。張拉預(yù)應(yīng)力如同外力一樣作用在原梁上， 原梁仍承受著恒載內(nèi)力； 張拉預(yù)應(yīng)力筋在原梁上產(chǎn)生的預(yù)加內(nèi)力， 基本上與恒載內(nèi)力相反。所以， 體外預(yù)應(yīng)力實(shí)際起到卸荷作用。

體外預(yù)應(yīng)力筋張拉結(jié)束后， 和原梁體的聯(lián)結(jié)方式與程度對(duì)設(shè)計(jì)和計(jì)算梁體的承載力是很重要的。如果預(yù)應(yīng)力筋僅僅在錨固點(diǎn)及支撐點(diǎn)與原梁相接觸， 其余均裸露在梁外工作，當(dāng)梁隨外載的作用增加而發(fā)生撓曲時(shí)， 梁中原有鋼筋亦隨著原梁曲率的增加而伸長(zhǎng)。但由于預(yù)應(yīng)力筋在體外， 它中間部位是與梁體脫開的， 故沒有發(fā)生彎曲， 自然其應(yīng)變及應(yīng)力的增加遠(yuǎn)不及梁中原鋼筋快。破壞時(shí)， 預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力可能達(dá)不到屈服強(qiáng)度， 應(yīng)力可能在張拉控制應(yīng)力和屈服強(qiáng)度之間。一般而言，梁體破壞時(shí)，預(yù)應(yīng)力拉桿的應(yīng)力取張拉控制應(yīng)力。

如果在預(yù)應(yīng)力筋張拉結(jié)束后， 若用噴射混凝土將其和梁體澆筑在一起， 形成整體， 由于預(yù)應(yīng)力筋處處被粘結(jié)在原梁上， 可與之共同變形。所以， 隨著作用在加固梁上的外荷載增加， 預(yù)應(yīng)力筋和梁中原鋼筋以及受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力都在原有的基礎(chǔ)上增大。若預(yù)應(yīng)力筋和原配筋總和在適筋范圍內(nèi)時(shí)， 盡管預(yù)應(yīng)力筋與原梁中鋼筋不同時(shí)刻到達(dá)屈服點(diǎn)， 但破壞時(shí)， 兩者都可達(dá)到屈服， 因而其正截面強(qiáng)度計(jì)算方法與一般預(yù)應(yīng)力混凝土梁相似。

一般來(lái)說(shuō)， 需加固的梁中受拉鋼筋的應(yīng)力已較高， 梁的撓度也較大， 裂縫也較寬。對(duì)加固拉桿施加的預(yù)應(yīng)力值越高， 就越能改善被加固梁的受力狀態(tài)， 故加固拉桿張拉控制應(yīng)力宜定得高些。但也不能定得太高， 否則有可能在超張拉過(guò)程中， 個(gè)別鋼筋達(dá)到或超過(guò)其實(shí)際屈服強(qiáng)度， 以致發(fā)生危險(xiǎn)。

預(yù)應(yīng)力加固與一般預(yù)應(yīng)力混凝土梁一樣， 也存在預(yù)應(yīng)力損失， 但兩者是有區(qū)別的， 加固設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到。同時(shí)， 必須考慮預(yù)留構(gòu)造措施， 以便在使用過(guò)程中及時(shí)調(diào)整加固件的工作應(yīng)力數(shù)值。

由于加固施工一般均在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，又是高空作業(yè)，按控制應(yīng)力值對(duì)拉桿張拉多為不便，且不準(zhǔn)確。故多采用拉桿的張拉伸長(zhǎng)量來(lái)控制張拉應(yīng)力。所以， 要求張拉伸長(zhǎng)量計(jì)算要準(zhǔn)確。

四、計(jì)算要點(diǎn)

采用體外預(yù)應(yīng)力拉桿補(bǔ)強(qiáng)加固， 應(yīng)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)與計(jì)算：
1 施加預(yù)應(yīng)力階段的受力計(jì)算
根據(jù)預(yù)應(yīng)力體外索的布筋線形， 可以將施加的預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)化為等效荷載， 即施加預(yù)應(yīng)力階段的計(jì)算可以按等效荷載法進(jìn)行計(jì)算。加固后結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力荷載及恒載作用下的正截面強(qiáng)度檢算與斜截面強(qiáng)度檢算同《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ023-85)規(guī)定的計(jì)算方法相同。
預(yù)應(yīng)力加固梁橋的預(yù)應(yīng)力施加階段設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下：

(1)根據(jù)加固要求， 依據(jù)原結(jié)構(gòu)的圖紙和資料及可能出現(xiàn)的荷載組合計(jì)算控制截面最大的設(shè)計(jì)彎矩Mj 和剪力Qj。

(2)根據(jù)正截面抗彎要求， 估算體外預(yù)應(yīng)力筋的面積Ay。

根據(jù)以上三式， 即可初步擬定預(yù)應(yīng)力水平筋和預(yù)應(yīng)力斜筋的面積、張拉應(yīng)力。
(3)估算預(yù)應(yīng)力損失
若被加固結(jié)構(gòu)采用的預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)為應(yīng)力可調(diào)， 則在預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算中不考慮混凝土的收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失， 若預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力為不可調(diào)， 則計(jì)算結(jié)構(gòu)的收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失時(shí)， 應(yīng)當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)的使用歷史狀況。即原橋假定為新建橋梁， 計(jì)算其收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失， 把此項(xiàng)損失乘以一個(gè)合適的折減系數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。折減系數(shù)的確定應(yīng)當(dāng)結(jié)合結(jié)構(gòu)已經(jīng)服役的年限及服役期間的受力情況來(lái)確定。預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：

(4)其他計(jì)算問題

應(yīng)根據(jù)預(yù)應(yīng)力的錨固形式， 對(duì)體外預(yù)應(yīng)力錨固端進(jìn)行局部承壓和抗剪驗(yàn)算。另外在進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)時(shí)， 要注意防止加固后的梁發(fā)生超筋破壞。

五、施工要求

1 加固材料及施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

加工好體外預(yù)應(yīng)力筋、準(zhǔn)備好錨固用器材和施加預(yù)應(yīng)力的機(jī)械設(shè)備， 需要在錨固端設(shè)置橫梁來(lái)錨固體外預(yù)應(yīng)力筋，制備用來(lái)粘貼錨固和支承鋼墊板的高強(qiáng)粘結(jié)劑，設(shè)置錨固點(diǎn)，錨栓孔打眼。

2 滑塊及墊板施工

根據(jù)放樣的轉(zhuǎn)向塊位置， 將轉(zhuǎn)向塊部位的混凝土鑿除2cm 左右， 涂環(huán)氧膠液后用環(huán)氧砂漿找平， 把支承板粘貼在轉(zhuǎn)向點(diǎn)。轉(zhuǎn)向塊需設(shè)置錨栓錨固， 以確保安全。

3 預(yù)應(yīng)力筋的安裝及張拉

檢查完施工機(jī)具和預(yù)應(yīng)力錨具、夾具后，按照加固設(shè)計(jì)，安裝預(yù)應(yīng)力筋。張拉程序?yàn)椋撼鯊埩?10%) → 逐步加力直到超張拉(105%) → 穩(wěn)壓兩分鐘后降回設(shè)計(jì)預(yù)拉力(100%)→ 錨固→ 卸頂。

4 防腐處理

加固體系中的主要鐵件如水平筋、斜筋、鋼絲束、滑塊(支承座)、墊板、錨固座等均應(yīng)進(jìn)行防腐處理。高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線應(yīng)采用熱擠PE 套管防腐。防腐工作應(yīng)盡可能在施工準(zhǔn)備階段完成， 條件不具備時(shí)也要在預(yù)應(yīng)力張拉后盡早完成。

六、體外預(yù)應(yīng)力在大跨橋梁加固中應(yīng)用

某連續(xù)一剛構(gòu)組合結(jié)構(gòu)體系橋， 主橋跨徑為75m+7×120m+75m。上部構(gòu)造： 主橋?yàn)閱蜗鋯问蚁湫土海?采用三向預(yù)應(yīng)力體系。即頂、底板縱向預(yù)應(yīng)力筋采用鋼絞線， 頂板橫向預(yù)應(yīng)力筋采用鋼絞線，采用BM15-4 的新型扁平錨具，豎向預(yù)應(yīng)力采用精軋螺紋鋼。為方便懸臂施工， 全橋未設(shè)置連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼束、下彎束或起彎束。箱梁混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為50 號(hào)，箱梁截面主要尺寸為： 主墩墩頂梁高6.432m， 跨中梁高2.60m； 箱梁頂板全寬18.34m， 底板寬9.0m。
上部結(jié)構(gòu)施工方法為掛籃懸臂澆筑，先邊跨和次邊跨合攏，然后再中間五孔一次合攏。
下部構(gòu)造： 中間四個(gè)墩為雙墻薄壁墩身， 墩梁固結(jié)， 兩側(cè)四個(gè)墩為薄壁為空心墩身，墩頂設(shè)盆式支座， 墩基為高樁承臺(tái)， 雙排共計(jì)六根直徑2m 的鉆孔樁。
設(shè)計(jì)荷載： 汽—超20 級(jí)、掛—120、人群荷載3.5kN/m2；
該橋建成通車后， 對(duì)主橋箱梁的裂縫和結(jié)構(gòu)的線形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)， 發(fā)現(xiàn)該橋存在箱梁腹板開裂和跨中的下?lián)系膯栴}。具體表現(xiàn)為：

(1) 箱梁開裂

箱梁開裂主要表現(xiàn)為三個(gè)方面： 一是箱梁腹板大范圍的斜向開裂； 二是合攏段附近箱梁頂板在一定范圍內(nèi)的縱向開裂； 第三是箱梁底板和橫隔板輕微的無(wú)規(guī)律開裂。

(3) 橋面標(biāo)高及縱向線形

各跨跨中相對(duì)橋梁竣工時(shí)發(fā)生下?lián)希?總體上看， 北側(cè)次邊跨實(shí)測(cè)的跨中最大下?lián)狭可嫌螠y(cè)為14.3cm、下游測(cè)為14.7cm， 南側(cè)次邊跨實(shí)側(cè)的跨中最大下?lián)狭可嫌蝹?cè)為13.9cm、下游側(cè)為12.6cm。兩次邊跨的下?lián)狭烤黠@大于由于徐變引起的跨中計(jì)算下?lián)献冃?.9cm。

計(jì)算分析后， 針對(duì)箱梁跨中的正彎矩裂縫， 應(yīng)增設(shè)底板體外預(yù)應(yīng)力束， 針對(duì)腹板出現(xiàn)的大量斜裂縫， 考慮采用增厚腹板， 并粘貼鋼板或碳纖維來(lái)抑制斜裂縫的發(fā)展。同時(shí)增設(shè)的體外預(yù)應(yīng)力束， 應(yīng)綜合考慮改善底板和腹板的受力。

結(jié)合各跨跨中截面下緣正應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)， 考慮了兩種鋼束布置形式及相應(yīng)的橫隔布置， 見圖7-5-3。鋼束布置一： 在四分點(diǎn)附近設(shè)置3 道橫隔， 在2 道橫隔處彎起并錨固無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線；鋼束布置二：在四分點(diǎn)附近設(shè)置3 道橫隔，N3 不彎起錨固于第三道新增橫隔板，

N2、N3 分別于第二、一道新增橫隔板彎起，并在原墩頂橫隔板打孔通過(guò)。對(duì)這兩種鋼束布置方式進(jìn)行計(jì)算分析， 鋼束布置一這種彎起方式與鋼束布置方式二對(duì)減少梁腹主拉應(yīng)力的作用不明顯， 其原因是為了保證千斤頂?shù)膹埨ぷ骺臻g， 相對(duì)于梁高3.63m 的位置， 其錨固位置距箱梁頂面1.12m，使得彎起鋼束的錨固位置較低，影響了彎起鋼束限制主拉應(yīng)力的作用。

綜合考慮后， 采用鋼束布置二作為推薦方案。采用如此鋼束布置方案在大跨徑連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)橋的加固中應(yīng)用較多。