体外预应力

体外预应力

一、概论

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。体外预应力桥梁则是指将预应力筋布置在梁体混凝土截面外部，力筋束和混凝土之间的荷载传递四通过端部锚具和转向板进行的一种桥梁结构。

体外预应力加固法是应用预加应力原理，采用外加预应力的钢拉杆，在原有构件上施加一定的初始应力，对结构进行加固。

对于钢筋混凝土桥、预应力混凝土梁桥或板桥，采用对受拉区施以体外预应力进行加固，可以抵消部分自重应力，起到卸载、减小跨中挠度、减小裂缝宽度或闭合裂缝的作用，从而加大幅度地提高桥梁的承载能力。

体外预应力加固法可以在自重增加很少的情况下，大幅度改善和调整原结构的受力状况，同时对墩台及基础受力状况影响很少，且对桥梁运营影响较少，可在不限制通行的条件下进行施工，但加固后对原结构外观有一定影响。

该方法主要适用情况有：

1、混凝土梁中预应力筋或普通钢筋严重锈蚀及其他病害造成结构承载力下降；

2、需要提高桥梁的荷载等级；

3、用于控制梁体裂缝及钢筋疲劳应力幅度；

4、高应力状态尤其是大型结构的加固等情况。

一套完整的体外预应力体系应包括：

1、体外预应力钢束、管道和灌浆材料；

2、体外预应力钢束的锚固系统；

3、体外预应力钢束的转向装置；

4、体外预应力钢束的减振器；

5、体外预应力钢束的防腐系统。

体外预应力索与结构的黏结关系

1、体外预应力体系与结构离散黏结

体外预应力体系仅在锚固区域和转向位置与结构有黏结关系。预应力钢束

采用普通光面钢绞线，与结构的黏结关系是通过在锚固位置与转向位置进行水泥灌浆建立的，一般使用单层钢管道或金属波纹管道，灌浆后形成一个整体。锚具为常用锚具形式，不可更换。早期的现代体外预应力结构大多采用这种形式。

2、体外预应力体系与结构无黏结

这种方式包括两种类型，一种是在锚固区和转向区采用双层管道结构，将体外预应力钢束与结构隔离，体外预应力钢索体系采用普通光面钢绞线，水泥灌浆防腐，在锚固位置和转向位置处设置预埋钢管和HPDE管双重管道，以隔开体系与结构的黏结联系，可以做到拆卸整束后进行更换，目前这种方法应用最为普遍。另一种是体外预应力钢索采用单根无黏结钢绞线，由于钢索本身是无黏结的，不具有与结构的黏结关系。这种体系可以采用水泥灌浆，但目的不是为了防腐，而是为了固定单根无黏结钢索，通过在转向位置和锚固处的构造处理可以做到整束更换或单根更换，这种方法已大量地应用在强调耐久性的欧洲国家。

二、体外预应力束在旧桥加固中的应用

体外预应力属于无黏结预应力的一种。体外预应力是指对布置于承载结构梁体混凝土截面外部或布置于承载结构梁体混凝土截面内部但与混凝土无黏结的预应力钢筋张拉而产生的预应力。

体外预应力加固技术实质上就是对结构施加体外预应力，以抵消部分外荷载产生的内力。它类似于分阶段后张预应力的施工方法，即在原结构使用时，部分施加预应力或不施加预应力，在荷载增大后，施加相应的预应力，只不过这部分预应力筋铺放在结构体外。从另一个角度来说，体外预应力加固法就是在原结构上增加中间弹性支座，以减小原结构的内力。

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。

体外预应力法有如下优点：

1、自重增加少，但可大幅提高承载能力；

2、由于上部自重增加少，因而对下部影响小；

3、施工简单，工期短，经济效益明显；

4、施工过程不中断或少中断交通；

5、对原结构损伤小，不影响桥下净空；

6、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。体外束桥梁加固结构的预应力筋构造形式及施工方法与常规的体内有粘结或无粘结预应力筋有较大的差异。因而其预应力损失的计算方法也有所不同。经计算表明。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。

三、预应力张拉前的准备工作

1、构件的检查、清理

（1）施加预应力前应对混凝土构件进行检验，外观及尺寸都应符合标准要求；张拉时构件的混凝土强度不应低于设计强度的85％。

（2）穿束前检查锚垫板和孔道的位置是否正确，灌浆孔和排气孔应满足施工要求，孔道内应畅通，无水分和杂物，锚具、垫板接触板面上的焊渣、混凝土残渣等要清除干净。

2、模板与支架的检查

为了避免混凝土产生预想不到的裂缝，张拉前应检查模板与支架是否有约束混凝土的变形的地方；如果约束力很大，应该解除约束，内模和侧模在张拉前先拆除。

3、张拉设备的选用和检查

根据构件特点、所有预应力筋及锚夹具的类型、张拉力大小等，选择合适的张拉设备。主要是选择张拉设备的吨位、压力表的规格等。

将选用的张拉设备包括油压千斤顶、高压油泵和油压表，编号配套进行校验、标定。在校验时，把控制张拉力和张拉力相应的油压表读数校验出来，便于张拉时直接掌握。

对所用的油压千斤顶、高压油泵和油压表、连接管路等要进行试车检查，如发现有漏油和不正常的情况，要查明原因，及时排除。紫铜管连接千斤顶与油泵时，注意检查在弯曲处有无裂纹，喇叭口是否完整无损，如发现问题，要修理完好后才能使用。

4、穿束前检查锚垫板和孔道的位置是否正确，灌浆孔和排气孔应满足施工要求，孔道内应畅通，无水分和杂物，锚具、垫板接触板面上的焊渣、混凝土残渣等要清除干净。

5、模板与支架的检查

为了避免混凝土产生预想不到的裂缝，张拉前应检查模板与支架是否有约束混凝土的变形的地方；如果约束力很大，应该解除约束，内模和侧模在张拉前先拆除。

6、张拉设备的选用和检查

根据构件特点、所有预应力筋及锚夹具的类型、张拉力大小等，选择合适的张拉设备。主要是选择张拉设备的吨位、压力表的规格等。

将选用的张拉设备包括油压千斤顶、高压油泵和油压表，编号配套进行校验、标定。在校验时，把控制张拉力和张拉力相应的油压表读数校验出来，便于张拉时直接掌握。

对所用的油压千斤顶、高压油泵和油压表、连接管路等要进行试车检查，如发现有漏油和不正常的情况，要查明原因，及时排除。紫铜管连接千斤顶与油泵时，注意检查在弯曲处有无裂纹，喇叭口是否完整无损，如发现问题，要修理完好后才能使用。

7、张拉作业机具配备和检查

（1）张拉装置

张拉装置的检查油量应充足，并应使油泵用优质矿物油；千斤顶与油泵以及高压油管两端连接器的灰尘应予以清除；应抽出高压油泵内的空气；不应有漏油现象；应熟悉油泵的操作顺序。

（2）钢筋和锚夹具的检验

预应力筋穿入孔道前，应检查其品种、规格、长度和有关的冷拉记录及机械性能试验报告。所用锚夹具应按其质量标准要求进行检验（或核对有关的检验记录），并进行外观检查，看有无裂缝、变形或损伤情况。检查合格后要用煤油或汽油擦净油污和脏物，与预应力筋配套堆放、不能混杂。

四、预应力施工工艺

（一）锚固端部横梁与跨中转向横肋、墩顶导向槽的施工