我國公路網(wǎng)中存在大量的中小跨徑病橋、危橋需要通過加固來提高其承載力及耐久性，其中預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。文章提出了一種復(fù)合預(yù)應(yīng)力加固方法——高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲-高性能水泥基纖維復(fù)合材料加固技術(shù)（簡稱PS-ECC加固技術(shù)）。介紹了該加固技術(shù)的基本特點(diǎn)，進(jìn)行了其張拉、錨固等機(jī)理分析；并通過midas fea仿真分析，研究了PS-ECC技術(shù)加固前后模型梁的承載能力和延性變化；總結(jié)了該技術(shù)的施工工藝。研究表明：PS-ECC加固技術(shù)能夠提高梁體的屈服點(diǎn)、承載能力，延長彈性階段，有效改善梁體受力性能。并可實(shí)現(xiàn)小操作空間下張拉，施工簡便，適用性較強(qiáng)。

　　目前，我國公路路網(wǎng)中約40％的橋梁運(yùn)營超過20年，三、四類技術(shù)等級的中小跨徑橋梁占比25％以上，危橋的數(shù)量體量較大。采用合理的加固技術(shù)提高其承載力及耐久性，延長橋梁的使用壽命是切實(shí)可行的解決之道。而且既有橋梁采取加固改造的費(fèi)用相比橋梁的拆除新建，僅占到20%左右，具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會意義。近年來，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在橋梁工程上的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。使用外加預(yù)應(yīng)力的方法可以使結(jié)構(gòu)由受彎狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閴簭潬顟B(tài)，消除或降低梁底拉應(yīng)力，進(jìn)而提高橋梁承載能力，達(dá)到主動加固技術(shù)的目的。不足之處在于存在應(yīng)力集中大，容易對原結(jié)構(gòu)造成損傷的特點(diǎn)。

　　一、PS-ECC加固技術(shù)

　　高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲-高性能水泥基纖維復(fù)合材料（PS-ECC）加固技術(shù)，是一種新型的復(fù)合加固技術(shù)，主要利用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲提供預(yù)應(yīng)力，并使用高性能水泥基纖維復(fù)合材料增強(qiáng)粘結(jié)、提供保護(hù)。主要服務(wù)于為數(shù)量眾多的中小跨徑橋梁病橋、危橋的抗彎加固。

　　PS-ECC加固技術(shù)把常規(guī)集中的預(yù)應(yīng)力分散成均勻的鋼絲應(yīng)力，具有更小的錨具壓力，更優(yōu)化的應(yīng)力分布。張拉錨固裝置自身高度小，基本對原構(gòu)件不造成任何損害，在受限的區(qū)域也可實(shí)現(xiàn)張拉錨固，方便安裝、適用性強(qiáng)、施工簡便。其覆蓋層高性能水泥基纖維復(fù)合材料，具有高粘結(jié)能力和高密實(shí)度，提高被加固結(jié)構(gòu)與外加鋼絲之間的協(xié)同性、耐久性。外形也較美觀、平整。

　　二、PS-ECC加固技術(shù)的機(jī)理分析

　　（一）張拉錨固機(jī)理

　　PS-ECC加固技術(shù)，利用張拉沿梁寬均勻布設(shè)的∅7mm平行高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲提供預(yù)應(yīng)力；端頭處巧妙利用對邊銑扁空心傳力螺桿，通過扭力扳手（免千斤頂方式）達(dá)到預(yù)應(yīng)力鋼絲的張拉；鋼絲的錨固利用緊貼于梁底、小且“薄”的鋼墊板實(shí)現(xiàn)。并在錨固完成后在其表面噴涂3~5cm厚的高性能水泥基纖維復(fù)合材料進(jìn)行覆蓋。其裝置組成主要由張拉端及錨固端鋼板、高強(qiáng)鋼絲、對邊銑扁空心傳力螺桿、張拉加長六角螺母等組成。張拉錨固裝置各構(gòu)件如圖2所示。

　　對邊銑扁空心傳力螺桿表面為能夠受力自鎖的梯形螺紋，傳力及錨固可靠。利用其伸長時不轉(zhuǎn)動的機(jī)械特征，配合扭力扳手施擰螺母致其軸向移動，從而達(dá)到高強(qiáng)鋼絲張拉的目的。并在錨固完成后使用纖維增強(qiáng)水泥基材料材料進(jìn)行覆蓋。

　　（二）張拉過程控制

　　高強(qiáng)鋼絲的張拉采用張拉力與伸長量雙控。張拉力通過扭力扳手的扭矩值控制，伸長量通過實(shí)際測量鋼絲的伸長量或測量對邊銑扁空心傳力螺桿軸向移動距離，加上初始應(yīng)力前由應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系計算得出的預(yù)應(yīng)力鋼絲理論伸長量。

　　1、張拉扭矩計算

　　扭力扳手的扭矩值與張拉力的關(guān)系通過試驗實(shí)測得出。對于M10~M68的粗牙螺紋，扭力扳手的扭矩理論參考值按下式進(jìn)行簡化計算：

　　試驗中實(shí)踐證明，張拉前對螺桿表面潤滑處理有利于扭轉(zhuǎn)張拉。

　　2、鋼絲下料長度計算

　　高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲的理論伸長量按下確定：

　　預(yù)應(yīng)力鋼絲下料長度可根據(jù)下式進(jìn)行計算：

　　3、預(yù)應(yīng)力損失情況

　　預(yù)應(yīng)力鋼絲的預(yù)應(yīng)力損失計算中應(yīng)考慮：預(yù)應(yīng)力束錨固構(gòu)造中的摩擦損失、錨具變形、預(yù)應(yīng)力鋼絲回縮和預(yù)應(yīng)力鋼絲的松弛損失等。通過PS-ECC加固預(yù)應(yīng)力損失試驗得知：24h預(yù)應(yīng)力損失度為8.9%，總損失度處于合理的范圍內(nèi)。在張拉到位的第一個小時內(nèi)預(yù)應(yīng)力損失了3.9%，約占總預(yù)應(yīng)力損失的44%，損失較快；在接下來的12個小時內(nèi)，預(yù)應(yīng)力有緩慢損失，12個小時損失了4.2%，占總損失的47%；并在第14個小時后趨于穩(wěn)定，11個小時損失了0.8%，僅占總損失的9%，基本維持在一定數(shù)值。

　　三、PS-ECC技術(shù)抗彎加固分析

　?。ㄒ唬㏄S-ECC抗彎加固模型建立

　　采用PS-ECC技術(shù)加固矩形截面鋼筋混凝土簡支梁，采用Midas Fea有限元軟件建立了實(shí)體混凝土梁，分析加固前后適筋梁的抗彎性能。梁截面尺寸為b×h=200mm×240mm，跨度為l=3200mm，凈跨度為3000mm，縱向受拉鋼筋均為3Φ16。并建立了預(yù)應(yīng)力及其錨固裝置，預(yù)應(yīng)力鋼絲∅7，布置兩根，張拉控制應(yīng)力為0.7fpk=1169MPa。

　　（二）單元本構(gòu)選擇

　　材料的基本特性如下表所示：

　　混凝土本構(gòu)關(guān)系采用總應(yīng)變裂縫模型，在這種本構(gòu)關(guān)系下混凝土的抗拉、抗壓函數(shù)可以按規(guī)范或經(jīng)驗來定義，能夠很好地模擬混凝土的實(shí)際受力情況?？倯?yīng)變裂縫模型中提供的受拉函數(shù)有彈性、常量、脆性、線性、指數(shù)、Hordijk、多線性。本次建模混凝土受拉模型選用脆性，即當(dāng)混凝土的拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時拉應(yīng)力不再增加，抵抗應(yīng)力為零。

　?。ㄈ┙Y(jié)果分析

　　模型梁加載過程中的應(yīng)力應(yīng)變云圖如下：

　　模型梁加載過程中的荷載-位移曲線如下：

　　加固前后梁的荷載-撓度曲線形狀類似，開始段直線斜率較大，隨著荷載的增大出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折，斜率變小，有反彎段，有顯著的屈服特征。相比原梁，預(yù)應(yīng)力加固的試件L-2、L-3的屈服荷載明顯增大，提高了約16kN，提高幅度超過20%，表明PS-ECC加固技術(shù)可以提高模型梁的屈服點(diǎn)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的受力性能，延長了彈性階段。極限承載力對比發(fā)現(xiàn)，L-1梁的最大承載力為85.0kN，而L-2、L-3梁該值提高到約102kN，極限承載力提高了19.8%，表明PS-ECC加固技術(shù)在一定范圍內(nèi)可以提高適筋梁的極限承載能力。PS-ECC加固技術(shù)對梁體承載力的提高作用主要來源于預(yù)應(yīng)力鋼絲加固，ECC覆蓋層對承載能力貢獻(xiàn)較小，但對梁的延性有促進(jìn)作用。

　　四、PS-ECC加固技術(shù)的施工工藝

　　PS-ECC加固技術(shù)的施工工藝流程主要分為三步：

　　1、錨固板的安裝

　　混凝土表面處理→放樣→定位錨栓位置→鉆孔、清孔→植錨栓→安裝錨固板。

　　在混凝土梁底確定擬加固范圍，打磨平整，除去表面浮漿、油污等雜質(zhì)。使用鋼筋探測儀進(jìn)行鋼筋探測，錨固板平面螺孔位置應(yīng)避開混凝土中主筋位置。在已定位標(biāo)記點(diǎn)位置使用沖擊鉆鉆孔，并用毛刷和壓縮空氣清孔。然后在在孔中埋置化學(xué)錨栓，等待其滿足力學(xué)要求。安裝錨固板前在貼合面平鋪薄層環(huán)氧砂漿3~5mm，將錨固板套入錨栓，擰緊螺栓螺母。

　　2、預(yù)應(yīng)力鋼絲鐓頭及張拉

　　預(yù)應(yīng)力鋼絲下料→鋼絲鐓頭→張拉裝置安裝就位→預(yù)應(yīng)力張拉。

　　使用鋼筋切斷機(jī)或砂輪鋸進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼絲的切割下料，穿戴對邊銑扁空心傳力螺桿和墊片，并在鐓頭器上進(jìn)行兩端鐓頭。然后將預(yù)應(yīng)力鋼絲安裝就位。調(diào)整扭力扳手預(yù)設(shè)扭力值，使用扭力扳手分級擰緊螺母、逐級加載，張拉程序為:

　　3、ECC覆蓋層的施工

　　在預(yù)應(yīng)力鋼絲錨固完成后施做覆蓋層可以有效防止錨固件及鋼絲的銹蝕，增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲同混凝土的握裹力，提高結(jié)構(gòu)的耐久性及剛度，并在外觀上易于被人們接受。在以下情況時應(yīng)做表面覆蓋層的施工：

　?、賹Π踩燃壱筝^高的市政橋梁；

　　②車流量大、重車通行較多的橋梁；

　　③對橋梁底部的美觀要求較高的橋梁；

　?、芴幱诔睗瘛⑺嵝缘葠毫迎h(huán)境或沿海地區(qū)等易引發(fā)鋼材銹蝕地區(qū)的橋梁；

　　⑤設(shè)計中有明確要求做覆蓋層的橋梁。

　　覆蓋層的施工工藝順序為：基層處理→界面粘結(jié)劑噴涂→材料配制→噴射混凝土→抹面→量測→補(bǔ)噴→平整→養(yǎng)護(hù)。

　　覆蓋層施工采用人工抹面或噴射混凝土工藝完成。覆蓋厚度不宜超過4cm。施做覆蓋層前可對加固區(qū)域梁底噴涂界面粘結(jié)劑。

　　五、結(jié)論

　?。?）PS-ECC加固技術(shù)通過張拉高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲并采用ECC作為覆蓋層，對預(yù)應(yīng)力進(jìn)行分散，具有更小的錨具壓力，更優(yōu)化的應(yīng)力分布?？蓪?shí)現(xiàn)免千斤頂張拉，錨固裝置輕巧、安裝方便。主要服務(wù)于為數(shù)量眾多的中小跨徑橋梁病橋、危橋的抗彎加固。

　?。?）通過PS-ECC技術(shù)加固適筋梁的抗彎性能分析表明，加固后梁的極限承載力提高了19.8%。PS-ECC加固技術(shù)在一定范圍內(nèi)可以提高適筋梁的屈服點(diǎn)、承載能力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的受力性能。

　　（3）PS-ECC加固技術(shù)的施工工藝流程主要分為三步，預(yù)應(yīng)力鋼絲鐓頭及張拉是關(guān)鍵控制步驟。整體施工簡便，可實(shí)現(xiàn)小操作空間下張拉，適用性較強(qiáng)。