体外预应力结构技术研究综述

体外预应力结构技术研究综述
摘要：阐述了体外预应力结构的概念、优缺点及适用范围；综合概述了目前国内外对体外预应力结构理论和技术的研究状况，如对体外预应力混凝土梁，体外预应力钢-混凝土组合梁，体外预应力双弦结构，体外cfrp筋预应力混凝土结构等的研究和应用；最后，在综述的基础上提出了一些体外预应力技术尚待解决的问题。

关键词：体外预应力；混凝土结构；桥梁；建筑结构
中图分类号：tu37文献标识码：a 文章编号：
一引言
体外预应力（external prestressing）是后张预应力体系的重要组成部分和分支之一，
/data2/music/5712353/571 2353.mp3?xcode=1befcd2cbbfb3b74a79c7fd72cefb648&mid=0.353 33989458039它是一种用完全位于混凝土截面以外的预应力束来对混凝土纵向施加预应力的结构体系。

体外预应力结构相对于传统的体内布筋预应力结构具有：截面尺寸小，自重轻，预应力筋替换、维护管理方便，预应力损失小，缩短施工工期等特点。

因此，体外预应力结构应用非常广泛，既可用于预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑结构等新建结构，也可用于旧有的混凝土结构的重建、加固及维修等。

随着斜拉桥和高强混凝土技术的发展，体外预应力结构技术的应用将是现代预应力施工中的主要趋势之一[1][2]。

二体外预应力技术的优缺点
体外预应力结构具有如下优点，因截面中只有体外力筋，很少或没有体内力筋，截面尺寸相应减小，故特别适用于大跨建筑和桥梁等结构；主要的施工工序较为简单，使浇注混凝土较方便，质量容易得到保证，使用期内容易检查和更换；特别适用在结构加固工程中，是主动加固的重要方法；体外力筋仅在锚固区和转向块与结构相连，摩阻损失明显减小。

体外预应力结构亦有缺陷，体外预应力束暴露空气中，易受外界因素的影响，如防腐蚀、防火等需要加以认真考虑；为了保证体外预应力体系的耐久性和可靠性，相应的防护成本增加；锚固区和转向块区域的预应力作用影响复杂，这两个区域局部配筋复杂，大吨位预应力束的布置和安装难度增加；特殊部位的体外束张拉操作难度增加，如箱梁内部靠近顶板的中间锚固张拉等。

三国内对体外预应力结构的研究概述
自20世纪90年代，国内许多学者就对体外预应力混凝土技术展开了深入的研究，现就一些主要和具有代表性的研究成果和内容综述如下。

1 体外预应力混凝土梁
目前，对体外预应力构件的研究主要集中在简支梁或节段施工连续梁，李晨光[3]等体外预应力技术对2榀单跨框架梁和2榀双跨框架梁分别采用直线筋和折线筋进行了加固，然后对其性能进行了试验研究。

结果表明,用体外预应力筋加固后框架梁在正常使用状态下可以减小梁的跨中挠度和裂缝宽度；在承载能力极限状态下
可以提高构件的极限抗弯承载力并且预应力筋极限应力增量增大。

但是，与直线筋相比，折线筋在提高框架梁的综合性能方面加固效果更好。

李国平[4]采用不同参数进行了13根整体式和14根节段式(胶接缝和干接缝)体外预应力混凝土简支模型梁试验。

描述了模型体外预应力筋应力随荷载变化规律；分析了剪跨比、体内外预应力筋配比、接缝位置和数量及类型对梁剪切性能的影响。

牛斌[5]对体外预应力混凝土梁抗弯强度及变形性能进行了研究，通过十片体外预应力混凝土梁的试验,建立了体外预应力混凝土梁受弯条件下全过程非线性分析的计算方法和计算机程序。

牛斌[6]还通过9片体外预应力混凝土梁静载试验的结果, 建立了体外预应力混凝土梁极限状态下弯矩、挠度和体外预应力筋应力增量的简化计算方法同时,采用此方法对国外二批体外预应力混凝土梁的试验结果进行分析计算, 取得了很好的效果，为研究和设计各种体外预应力结构提供了一种可直接利用的公式。

2 体外预应力钢-混凝土组合梁
体外预应力组合梁是在普通组合梁基础上，合理布置高强度预应力钢索，并对其进行张拉，使梁在承受全部外荷载前建立起预应力，该预应力能减小或抵消梁在外荷载作用下产生的应力，达到改善梁的受力性能、提高梁刚度的效果。

宗周红[7]等进行了体外预应力钢-混凝土组合连续梁的静载全过程试验，分析了荷载-跨中变形特征、沿梁长度的滑移分布规律、截面高度方向的应变分布、预
应力筋应力变化以及连续梁的内力重分布机理、破环模态与极限强度。

聂建国[8]等考虑了预应力以及预应力筋内力增量对连续组合梁弯矩分布的影，以力法原理为基础，分别建立了体外预应力加固连续组合梁在对称集中荷载作用下负弯矩区和正弯矩区屈服荷载以及极限荷载的计算公式
钢-混凝土组合梁在弯曲荷载作用下，混凝土板中存在剪力滞现象。

而体外预应力组合梁混凝土板中除了弯曲作用，还有轴向预应力作用，因此，研究体外预应力组合梁混凝土有效翼缘宽度是体外预应力组合梁设计的关键问题之一。

在工程设计中，通常采用有效翼缘宽度的方法来静力等效混凝土板截面的法向内力合力。

张志彬[9]等采用有限元方法，研究了体外预应力作用下简支组合梁混凝土有效翼缘宽度，分析了剪力连接刚度对预应力组合梁有效翼缘宽度的影响和预应力增量的效应。

同时对混凝土板收缩、徐变下，体外预应力组合梁的受力机理进行了讨论。

3 体外预应力双弦结构
体外预应力双弦结构（又称张弦梁结构）是一种由柔性的索和刚性的梁或拱组成的杂交结构。

其中梁或拱作为结构上弦，索作为结构下弦，对下弦的索施加预应力并锚固在上弦梁的两端，上下弦之间通过竖向撑杆相连接。

刘航[10]等对体外预应力双弦结构的力学性能和施工工艺进行了系统的研究，制作了双向预应力双弦结构的缩尺试验模型，探讨了预应力张拉的相互影响规律，并提出了预应力张拉的合理方案。

在试验研究和理论分析的基础上，提出了体
外预应力双弦结构的设计和施工建议，为该类结构的工程应用提供参考。

4 碳纤维cfrp预应力筋混凝土梁
碳纤维cfrp(carbon fiber reinforced polymer)预应力筋以其强度高、重量轻、抗疲劳性能好、低松驰和不锈蚀等许多优异的性能，而极有希望成为处于恶劣自然环境下配筋混凝土结构中传统预应力钢筋的替代品。

曹国辉[11]等制作了体外配置cfrp筋预应力混凝土箱梁模型，对持续均布荷载作用箱梁的截面应力重分布、长期挠曲变形及裂缝发展等规律进行了1001天的试验观测。

基于素混凝土柱体的实测徐变系数，运用双线性法和曲率法分别对试验箱梁的长期挠曲变形进行预测。

王新定[12]等对１片体外cfrp筋直线布置和２片体外cfrp筋曲线布置体外预应力混凝土梁进行了正截面抗弯试验研究。

结果表明，体外预应力cfrp筋混凝土梁受力过程与体外预应力钢筋混凝土梁有较多相似之处；在跨中设置转向块，可有效提高体外预应力cfrp筋混凝土梁的极限抗弯承载能力。

总之，国内对预应力理论、设计、施工技术和产品的研究取得了很大的进步，为体外预应力的推广应用奠定了基础。

四国外对体外预应力结构的研究概述
体外预应力的概念和方法产生于法国，eugene freyssinet完成了体外预应力的首次应用。

体外预应力的发展经过几个阶段，在工程中的大量运用是从20世纪70年代末开始的。

m.p.virlogeux[13][14]、 e.c.figg和a.s.g.buggeling等知名专家和工程师在体外预应力技术方面有深刻的研究和工程应用经验。