体外预应力束在桥梁工程中的应用

平顶山市凯达工程监理处 王攀峰 张 鹏

平顶山市盛润建设有限公司 柴 涛

体外预应力束在桥梁工程中的应用

平顶山市凯达工程监理处 王攀峰 张 鹏

平顶山市盛润建设有限公司 柴 涛

体外预应力是后张预应力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体外索结构布置在混凝土截面之外的预应力。体外预应力具有许多无法比拟的优点，如截面尺寸小、施工简单、质量容易保证，更重要体外索可以替换，重张拉。目前，我国体外预应力技术的研究工作开展的相对较少，主要应用于对旧桥梁的加固。总之，随着预应力桥梁和高强混凝土的发展，体外预应力技术的应用将是现代预应力技术发展的重要趋势。

一、体外预应力束研究进展

1.二次效应的影响。增加转向块的数量能够有效降低体外束二次效应的影响。当跨高比（L/h）小于16时，体外束偏心距的变化量在10%以内，可以忽略；当跨高比（L/h）大于或等于24时，偏心距的最大变化量可达25%，就不能够忽视它的影响。

2.混凝土强度的影响。混凝土强度较低时，会导致剪切破坏，相应的承载能力降低。混凝土强度增加，结构为弯曲破坏，相应的承载力提高。

3.配置普通钢筋的影响。在梁上缘配置普通钢筋能够有效改善结构的延性，提高其强度。由于体外束对抗剪能力的提高有限，为了结构不发生剪压破坏，要配置足够的抗剪箍筋。

4.同时配置体内预应力筋和体外束。混合配筋能够有效改善节段施工预应力混凝土结构的力学性能，增加结构在破坏前的延性。Trinh指出，随着体外筋与体内筋用量比的增加，结构的延性会降低。

5.施工方法的影响。采用节段施工的体外预应力混凝土桥，普通钢筋在接缝处断开，削弱了结构的刚度，使其在相同荷载作用下的挠度比整体施工的大，结构的性能在很大程度上受到接缝断面的影响。

6.体外束的预应力损失。体外束的预应力损失可分为摩擦损失、锚具变形损失、弹性压缩损失、应力松弛损失、混凝土的收缩与徐变损失。

7.体外束在转向块处的滑动。体外束在转向块的滑动与否对结构的承载能力影响较大。在破坏阶段，若预应力筋并没有滑动则承载能力会提高。

8.体外预应力施加的大小。当体外预应力较小时裂缝宽度和使用荷载下的挠度均增大，但在极限破坏时结构的延性增加。当体外束面积增加时，结构在使用荷载作用下的变形没有影响，极限破坏使结构强度增加但延性降低。

9.加载模式的影响。在目前做的一些试验中主要考虑了3种加载模式，即跨中集中荷载、对称两点加载、均布加载。在破坏时，两点对称加载时的延性最大，跨中集中加载时最小。

10.预应力钢筋的疲劳破坏。通过试验发现体外索在锚固处和转向块处在几百万次的循环荷载作用下并没有发生疲劳破坏，但仍然有潜在的危险存在。

二、体外预应力束在新桥建设中的应用

体外预应力结构自从20世纪30年代发展至今，其结构体系一直在不断地创新和改进，因而体外预应力束的应用也在不断变化和丰富。体外预应力束在新桥建设中的应用，主要可以归纳为4种类型。

1.逐跨预制节段施工的长桥。该类型以Long Key桥为代表，体外预应力束采用与体内预应力同样的普通多股钢绞线和锚具，同样采用水泥灌浆，因而预应力成本较低。

2.采用悬臂施工或顶推施工的预应力混凝土连续梁桥，通常采用体内、体外混合配束。该形式中用体外预应力索替代原本配置在腹板内的大量预应力筋，简化了腹板构造，降低了其厚度。采用悬臂施工时，悬臂束为直线的体内预应力，成桥后张拉的连续束采用大吨位体外预应力，从而免除了大量的穿束和灌浆工艺，易于控制施工质量。

3.第三种类型是第二种类型的衍生物，特点是将混凝土箱梁腹板改成混凝土桁架或采用钢结构。该类型往往是集创新性的结构构思与美观的外表与一体，形成体外预应力结构的代表之作。

4.坦拉式体外预应力结构。它把过去那种预应力筋的偏心距被控制在主梁的有效高度之内的体外筋，放在了梁的有效高度之上。因此，它具有梁桥和斜拉桥的双重特性，可看作介于预应力混凝土箱形梁桥到预应力混凝土斜拉桥之间的结构体系，它采用了部分索结构帮助主梁承担竖向荷载，从而达到降低梁高的目的。

三、体外预应力束在旧桥加固中的应用

在旧桥加固方法中，对于钢筋混凝土及预应力混凝土梁板桥，采用在梁体下缘设置预应力拉杆或预应力束，对受拉区施以体外预应力的加固方法，可以抵消自重及外荷载产生的内力，大幅提高其承载能力。

体外预应力法的优点有：自重增加少，但可大幅提高承载能力。由于上部自重增加少，因而对下部影响小。施工简单，工期短，经济效益明显。施工过程不中断或少中断交通。对原结构损伤小，不影响桥下净空。应力可调整，预应力束可更换。

体外预应力加固体系由水平筋、斜筋、上锚固点、滑块、承托、水平筋固定支座等部件组成。

经计算，与一般的预应力混凝土结构比较，体外束加固结构的预应力损失要小得多。针对这一点，预应力钢筋的控制应力应适当降低，以避免体外预应力筋长期处于高应力状态，对改善体外束结构的受力状态有利。