基于表层嵌贴预应力板条的桥梁竖向预应力损失补偿方法与流程

本发明主要涉及到桥梁加固技术领域，特指一种基于表层嵌贴预应力板条的桥梁竖向预应力损失补偿方法。

背景技术：

现有技术中，预应力混凝土箱梁中一般通过设置竖向预应力钢筋对腹板施加预压力，用来抵消自重及外荷载产生的部分主拉应力，以遏制腹板斜向开裂病害的发生。然而由于箱梁的高度有限,竖向预应力筋的长度都比较短,在达到张拉控制应力时高强精轧螺纹粗钢筋的伸长量有限,如果锚固时稍有不慎即造成钢筋回缩量偏大而损失过多竖向预应力，而混凝土的收缩徐变也往往导致严重的预应力损失；因此工程中竖向预应力损失严重超出限值、甚至损失大部分竖向预应力的现象十分常见。一旦实际竖向预应力值相比设计值减小很多，腹板上将产生严重的斜向开裂现象，斜裂缝约呈45°，起始于箱梁中性轴位置，有的甚至延伸到底板和顶板。

斜裂缝的出现不仅将导致桥梁结构刚度和强度的降低，还会加速钢筋的锈蚀，而锈蚀的钢筋则会引起体积的膨胀，从而使得混凝土开裂，进一步劣化桥梁结构的受力性能，降低材料的耐久性和结构的承载能力，影响到桥梁的美观和使用寿命，严重的还会引起交通事故。由于竖向预应力损失导致的桥梁使用性能劣化、耐久性退化和剩余寿命减少已成为大跨度桥梁的重要问题。

传统技术中，已有加固方法有施加体外预应力加固、粘贴碳纤维布或钢板，前者施工复杂、需在桥梁上安装专用锚固块，且体外索体系存在耐久性不足的风险；后者属于被动加固不能使斜裂缝闭合，对于斜裂缝继续发展的抑制效果有限，都没有很好解决竖向预应力损失导致腹板斜向开裂的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种耐久性好、施工便易性好、能够提高腹板开裂荷载和抗剪承载力的基于表层嵌贴预应力板条的桥梁竖向预应力损失补偿方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于表层嵌贴预应力板条的桥梁竖向预应力损失补偿方法，步骤为：

步骤s1：在桥梁结构腹板的混凝土保护层上切出预制槽；

步骤s2：安装板条夹具和张拉装置，分别在固定端和张拉端将固定端板条夹具和张拉装置固定于腹板的保护层，并安装好张拉端板条夹具和传感器；

步骤s3：锚固并张拉板条；

步骤s4：在预制槽内填充粘结剂；

步骤s5：完成张拉；粘结剂达到固化强度之后，释放张拉装置施加的预应力并慢速解除对固定端板条夹具的固定，使固定端板条夹具和张拉端板条夹具发生滑动，板条上的预应力得到释放。

作为上述技术方案的进一步改进：在所述步骤s1中，开槽角度即嵌贴板条的角度，所述角度为竖直、斜向45°、斜向60°或垂直于斜裂缝的角度。

作为上述技术方案的进一步改进：在所述步骤s1中，使用压缩空气清除预制槽内残余的混凝土粉尘，再用无水乙醇清洗。

作为上述技术方案的进一步改进：在所述步骤s2中，在两端的位置处定位并打入膨胀或化学螺栓，待其达到强度后，分别在固定端和张拉端将固定端板条夹具和张拉装置通过化学螺栓固定于腹板的保护层。

作为上述技术方案的进一步改进：在所述步骤s2中，使固定端板条夹具、张拉装置、张拉端板条夹具、传感器位于同一条直线。

作为上述技术方案的进一步改进：所述步骤s3包括：

步骤s301：将板条置于预制槽内，其位置应居中设置；

步骤s302：将板条的两端分别锚固于固定端夹具和张拉端夹具，保证其水平；

步骤s303：通过张拉装置移动张拉端板条夹具，带动板条被拉伸，达到施加预应力的目的。

作为上述技术方案的进一步改进：所述步骤s303中，实时监控传感器的数值；张拉达到目标应力一段时间后观察传感器的数值，若出现数值减小应再次张拉达到设计值；如仍未到达设计值是安装偏差导致，拆除板条后重新安装并张拉。

作为上述技术方案的进一步改进：所述步骤s4包括：

步骤s401:可在安装并张拉frp板条之前先向槽内填入一定量（如1/2）的粘结剂，待frp张拉完成后再将粘结剂填充密实frp与混凝土槽之间的空隙；也可先安装张拉frp后再将粘结剂填充密实槽内空间。

步骤s402：在预制槽的表面粘贴胶带或覆盖薄板，并密封底部，形成一端开口的密闭槽。

步骤s403：将粘结剂从开口端注入；

步骤s404：保持固定端板条夹具和张拉端板条夹具的夹锚状态持续一段时间，直至粘结剂固化完成达到粘结强度。

作为上述技术方案的进一步改进：在放张完成后，拆除固定端板条夹具和张拉端板条夹具，向所述预制槽两端用于安装板条夹具的预凿位置填入环氧砂浆，修补至与原结构表面齐平；最后预制槽揭开槽表面的胶带或薄板，完成所有工作。

作为上述技术方案的进一步改进：所述板条的材质为frp、cfrp、gfrp、afrp。

作为上述技术方案的进一步改进：所述板条的截面形式为圆形、条形或方形。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过表层嵌贴预应力板条（如frp板条）的方式，将预应力施加到腹板的保护层，以达到补偿竖向预应力损失的目的，可以使斜裂缝闭合并抑制其发展，提高腹板开裂荷载和抗剪承载力。

2、本发明可通过预应力板条（如frp板条）将预应力施加到箱梁腹板上，补偿已损失的竖向预应力，高效解决腹板斜向开裂的问题，提高腹板的抗裂和抗剪能力，可靠性好，操作简单，施工效率高。

3、本发明可广泛应用于竖向预应力损失、出现腹板斜裂缝病害的桥梁结构抗剪加固，具有较高的工程应用价值和显著地经济效益。其优势在于：①与已有加固方式相比，通过frp在腹板上施加预应力，补偿了竖向预应力损失，又提高了结构抗剪承载能力；②可通过设计frp间距、嵌贴范围和预应力水平，使竖向预应力损失产生的斜裂缝闭合，提高抗裂储备；③可通过表层嵌贴加固构造所产生的粘结能力实现对预应力frp板条的锚固，不需要设置永久性的frp预应力锚具，降低加固成本；与无粘结的体外预应力加固技术相比，预应力frp板条全长与混凝土粘结，能更好控制开裂抑制裂缝；具有良好的耐久性和施工便易性，工程应用前景广。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图。

图2是采用本发明方法在具体应用实例中的侧视结构原理示意图。

图3是采用本发明方法在具体应用实例竖直嵌贴中的主视结构原理示意图。

图4是采用本发明方法在具体应用实例斜向45°嵌贴中的主视结构原理示意图。

图例说明：

1、预应力钢筋混凝土箱梁；2、腹板；3、预制槽；4、板条；5、固定端板条夹具；6、张拉端板条夹具；7、张拉装置；8、传感器；9、化学螺栓。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的基于表层嵌贴预应力板条的桥梁竖向预应力损失补偿方法，以应用于预应力混凝土箱梁为例，其步骤为：

步骤s1：开槽；

使用开槽机在腹板2（如箱梁腹板）的混凝土保护层上切出设计尺寸的预制槽3。

开槽角度即嵌贴板条4（如frp板条）的角度，可根据加固需求设计为竖直或斜向45°或其它需要角度（如图2、3）。

开槽深度、宽度、范围和间距应根据待加固的量进行设计，以达到使斜裂缝闭合或补偿已损失竖向预应力的目的，并保证结构在极限状态下不会因加固量过大而导致腹板2的保护层破坏。

在具体应用实例中，可以进一步使用压缩空气清除预制槽3内残余的混凝土粉尘，再用无水乙醇清洗，确保预制槽3内清洁规整以达到良好的粘结效果。

步骤s2：安装板条夹具和张拉装置7；

在两端的设计位置处定位并打入化学螺栓9，待其达到强度后，分别在固定端和张拉端将固定端夹具5和张拉装置7通过化学螺栓9固定于腹板2的保护层，并安装好张拉端板条夹具6和传感器8。

步骤s3：锚固并张拉板条4；

在具体应用实例中，所述步骤s3包括以下流程：

步骤s301：将板条4置于预制槽3内，其位置应居中设置，使其仅通过粘结剂与混凝土作用；

步骤s302：将板条4的两端锚固于固定端板条夹具5和张拉端板条夹具6，保证其水平；

步骤s303：通过张拉装置7移动张拉端板条夹具6，带动板条4移动，达到施加预应力的目的。在该过程中，本发明进一步要求张拉动作要平稳缓慢，过程中应注意时刻传感器8的数值，同时测量板条的伸长量，采用荷载变形双控原则保证frp被张拉到目标预应力。

步骤s4：填充粘结剂；

在具体应用实例中，所述步骤s4包括以下流程：

步骤s401：可在frp板条4安装至固定端夹具5和张拉端夹具6之前先向预制槽3内填入一定量的粘结剂（如填满约1/2槽深），frp板条4张拉完成后再将粘结剂填充密实预制槽内空间；也可先安装张拉frp板条4，然后再将粘结剂填充密实frp板条4与预制槽3之间的空隙。

步骤s402：优先选用塑性能力较好的粘结剂，如有需要可在预制槽3的表面粘贴胶带或覆盖薄板，并密封底部，形成一端开口的密闭槽，防止粘结剂因重力作用滑落。

步骤s403：用胶枪将粘结剂从开口端注入，保持匀速缓慢，确保灌注密实均匀，时刻观察槽内有无脱空现象。当然也可以进一步采取人工加压等措施以保证上述粘结剂灌满作业。

步骤s404：保持固定端板条夹具5和张拉端板条夹具6的夹锚状态持续一段时间直至粘结剂固化完成达到强度，时间长度参考粘结剂生产厂家给出的固化时间即可。

步骤5：完成张拉。

粘结剂达到固化强度之后，释放张拉装置7施加的预应力，使固定端夹具5和张拉端夹具6发生滑动，板条4上的预应力得到释放。

放张完成后，拆除固定端板条夹具5和张拉端板条夹具6，向预制槽3两端用于安装板条夹具的预凿位置填入环氧砂浆，修补至与原结构表面齐平。预制槽3揭开槽表面的胶带或薄板，完成所有工作。

可以理解，在上述实施例的步骤中，方法和材料上的调整也应属于本发明的保护范围。例如，可根据设计要求改变嵌贴角度，除45°、90°外，嵌贴角度还可选择60°或垂直于斜裂缝的角度。又例如，板条4的frp的材质可选择cfrp或gfrp或afrp，截面形式可选择圆形、条形或方形。又例如，在桥梁腹板较薄时，可仅在腹板一侧安装表层嵌贴预应力frp板条。又例如，该方法不仅可用于大跨度箱梁桥腹板加固，还可用于中小跨度钢筋混凝土或预应力混凝土t梁桥的腹板加固。又例如，当桥梁腹板高度较小时，可将张拉装置和张拉端frp夹具安装在腹板高度以外（t梁或箱梁梁底下方）。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。