摘要：體外預應力加固是一種新穎的工程結構加固枝術，應用于橋梁加固工程具有可減小橋梁變形與裝縫、消除應力滯后、不影響交通及布置方式靈活等優(yōu)點。文中介紹了體外預應力加固技術的發(fā)展歷程，詳細論述了該技術的研究現(xiàn)狀，探討了目前研究中的不足，提出了今后研完工作的重點。

近10 多年來，我國橋梁建設發(fā)展較快，一大批具有世界水平的大型、特大型橋梁的成功建成標志著我國橋梁建設正縮小與西方發(fā)達國家的差距。但在大量橋梁建成的同時，由于材料老化、車載提高和交通量猛增等因素，許多舊橋正在變成病橋、危橋，嚴重阻礙了交通建設的發(fā)展，威脅人們的生命財產安全。隨著國內外多起舊橋垮塌事件的發(fā)生，國家對橋梁的整治改造和加固日益重視，因此，研究具有優(yōu)越性能的橋梁加固技術具有重要的現(xiàn)實意義。

    1 體外預應力技術用于橋梁加固的歷史

    體外預應力技術是指預應力筋布置在結構構件截面之外的預應力技術，是后張預應力體系的重要分支之一。體外預應力技術早期曾應用于加固工業(yè)與民用建筑，前蘇聯(lián)在這方面做了較多工作。但由于預應力筋轉向塊構造設計困難、耐腐蝕性差，體外預應力技術加固橋梁的維修養(yǎng)護費用很高，未能體現(xiàn)其工程應用上的優(yōu)越性，因而在20 世紀60 年代前未能在橋梁工程中得到推廣。隨著技術的進步，60年代后期，體外預應力筋耐久性及構造設計的一些問題部分得到解決，為體外預應力技術的進一步發(fā)展奠定了基礎，尤其70 年代美國和法國大量的橋梁加固為體外預應力技術的快速發(fā)展提供了難得的契機。通過在橋梁加固中應用體外預應力技術，積累了實踐經驗并獲得重要參考數(shù)據(jù)，進一步完善了設計理論，為在建設新橋梁時重新考慮使用體外預應力技術提供了依據(jù)。

    20世紀80年代后，防腐技術得到進一步提高，美國、法國大量采用體外預應力技術建造和加固橋梁，現(xiàn)今世界上許多國家開始在橋梁工程領域廣泛使用體外預應力技術。采用體外預應力技術結構可在不影響正常使用的情況下調整體外預應力束的應力，甚至更換體外預應力束，從而延長結構使用壽命。另外，體外預應力筋布置靈活，可應用于多種形式的橋梁結構，并與傳統(tǒng)橋梁施工方法結合形成新的高效、安全的施工方法。因此，可以預見體外預應力技術將會比目前更廣泛地應用于橋梁工程加固、施工及新橋梁的設計。

    國內外體外預應力技術用于橋梁加固方面的實踐證明，該技術可保證結構的整體性，新舊體系協(xié)同工作良好;克服了其他方法加固時加固材料存在的應力滯后問題，而且采用體外索加固橋梁不影響通車，還可減小撓度和裂縫寬度，提高橋梁承載能力.

    由于體外預應力體系布置靈活，不僅可用來加固簡支梁橋和連續(xù)梁橋，還可用來加固拱橋和剛構橋等; 不僅可用來改善梁的受彎性能，還可用來改善構件的抗剪性能;不僅可用來進行整體橋梁加固，而且可用于橋梁局部加固;不僅可用來加固橋梁的梁部結構，也能用于加固橋墩及索塔等部位，具有良好的加固效果及廣闊的應用前景。

    2 體外預應力技術的研究狀況

    2.1 國外研究狀況

    1995年，Tan K.H等通過對6根相同體外預應力鋼筋鹼T形梁的實驗，研究了轉向塊和力筋外形(力筋截面積、預拉力和偏心)對梁在荷載作用下行為的影響，并對用體外預應力加固的砼梁進行了研究。結果表明，體外預應力對砼抗彎構件來說是一種非常有效的加固方法，如果采用相對適當?shù)呐浣盍浚后w的抗彎強度最大可提高146%，同時并不降低梁體破壞時的延性;體外預應力還可減小裂縫寬度和梁體在活載作用下的撓度，提高疲勞強度。

    1996 年 ，HiroshiMutsuyoshi等對體外預應力砼梁進行了試驗研究，考慮預應力筋的偏心距減小所引起的二次影響、體內有粘結普通鋼筋的配筋率及加載模式對預應力筋應力增量的影響，提出了體外預應力砼梁極限狀態(tài)下預應力筋應力增量的計算公式。

    1997 年 ，Kiang-HweeTan和Che-Khoon Ng 通過試驗分析了6片T形鋼筋硅梁用體外預應力加固后的抗彎強度，提出了體外預應力砼梁極限狀態(tài)下預應力筋應力增量的計算公式。1998年，他們又通過試驗分析了7片預應力筋沿梁長直線布置的T形梁，每片梁在跨中設置轉向塊，并采用壓、拉桿模型來分析加固構件的破壞形式和極限強度，發(fā)現(xiàn)此計算模型能準確預測體外預應力鹼梁的極限強度和破壞形式。

    1999 年 ，M.Harajil等通過編制計算機程序，研究了體外預應力砼梁的非線性力學行為，通過參數(shù)化研究方法，評估了體外筋的預拉力、轉向器的設置等參數(shù)對體外預應力硅梁強度和變形的影響。

    2001 年 ，Kiang-HweeTan等對在跨中局部用體外預應力加固的簡支梁進行了試驗研究，計算出體外預應力筋臨界長度的影響因素，證明局部用體外預應力加固不會影響梁的極限強度及撓度、裂縫行為，能降低荷載作用下偏心距減小的二次效應，并能獲得更好的經濟效果。

    2004 年，Gahlab等對體外預應力筋在任意荷載作用下的應力計算進行研究，提出簡單的計算公式，與試驗結果對比具有良好的準確率和精確度。

    2005年，Park、YoungHoon等對體外預應力加固實橋進行了研究，加固橋梁為已使用23 年的板梁橋，加固運營4年后，對體外預應力筋的預應力損失與加固完成時進行比較，并進行了動靜載試驗。研究發(fā)現(xiàn)，體外預應力筋的長期預應力損失對承載能力的影響可以忽略.在試驗車輛荷載作用下，加固后跨中撓度減小了10%~24%，當加載車輛在邊梁行駛時.梁體的撓度有不同程度的降低，并隨車速的增加，差別增大.但加固并沒有顯著影響橋梁的動力回應。

    2.2 國內研究狀況

    自20世紀80 年代以來，我國對體外預應力加固技術進行了多項試驗，取得了許多非常有價值的科研成果。90年代，東南大學以呂志濤教授為首的課題組運用試驗方法對體外預應力加固進行了研究，通過梁的正截面抗彎加固、梁的抗剪加固試驗研究和分析計算，對預應力加固梁進行了較系統(tǒng)的研究，提出了預應力加固的設計計算方法。

    1992 年 ，鐵道部進行了一批體外預應力梁的試驗，牛斌等利用試驗結果，建立了體外預應力砼梁全過程非線性分析的計算方法和相應的計算機程序。

    2000年 ，牛斌假設體外預應力砼梁破壞時，在最大彎矩截面附近形成一個塑性區(qū)，將這個塑性區(qū)理想化為一個鉸，并基于塑性鉸理論提出了體外預應力砼梁極限狀態(tài)的計算方法。

    1997年 ，黃喬等進行了12 片鋼筋砼T梁體外預應力加固室內試驗，分析了體外索加固體系的極限破壞機理，并建立了極限強度計算方法。

   2001 年，應惠清、賈宏強等進行了10片體外預應力加固簡支梁的試驗，得出體外預應力加固梁的受力性能與無粘結部分預應力砼相似，可以采用等效荷載法來進行其極限承載力計算;當梁在臨近極限狀態(tài)時，應力增量很大，因此，預應力張拉控制應力不宜太大;加固設計時，應考慮預應力偏心距變化的影響

    2003 年 ，徐海軍等建立了體外預應力砼橋梁非線性有限元分析模型，除了考慮一般硅結構具有的材料非線性和幾何非線性外，還考慮了體外預應力砼結構特有的二次效應以及預應力筋在轉向塊處的滑移，并對體外預應力筋在多個轉向塊處發(fā)生滑移的情況給出了分析方法，編制了面向對象的有限元分析程序EPA，對體外預應力鹼梁的彎曲性能進行了分析。

    2004 年 ，王景全等運用《混凝土結構加固設計規(guī)范》(CECS25:90)和《公鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)的計算方法，結合現(xiàn)有研究成果和工程實踐經驗，編制了可視化的體外預應力結構加固設計軟件，提供支持矩形、T形截面梁的體外預應力受彎加固。但是該軟件將二次效應與預應力筋增量采用一個安全系數(shù)的方法綜合考慮，由用戶根據(jù)經驗確定，實際運用中存在一定困難。

    90年代末，同濟大學與柳州市建筑機械總廠聯(lián)合研發(fā)出一種新型體外預應力體系，該體系可進行單根張拉和單根換索，自由段無灌漿，外套管可自由拆卸，解決了轉向裝置的廣泛適用性和對無粘結鋼絞線可能發(fā)生的損傷問題。

    3 體外預應力加固技術研究的不足

    3.1 現(xiàn)有研究范圍

    從國內外研究情況來看，對體外預應力加固技術的研究主要集中在以下方面：

    1）體外預應力加固梁破壞形式的研究。

    2）體外預應力加固梁承載力計算的研究，主要集中于正截面承載力的計算，對斜截面承載力的研究則不多見。研究方法大致分為兩類:

    第一類是根據(jù)彈塑性力學原理和構件幾何分析等方法，采用類似體內預應力硅結構的截面分析方法對結構的最不利截面進行計算，從而得到結構的承載力計算公式。

    這種方法有許多假設，是一種簡化的計算方法。第二類是采用非線性有限元方法，結合體外預應力砼結構的特點，建立有限元模型，并編制有限元程序進行計算。這種方法考慮了部分非線性因素的影響。

但沒有綜合各種影響因素對加固結構的力學行為作出比較完整的評述，更沒有從實用的角度給出體外預應力加固砼結構的設計方法和設計建議。

    3）體外預應力筋應力的計算，包括體外預應力筋預應力損失和應力增量的計算、二次效應對加固橋梁承載能力的影響以及體外預應力筋在轉向位置的滑移等.與承載力研究相對應，這方面的研究也可分成兩類:一類是在大量試驗研究和分析的基礎上，建立計算模式;另一類是采用非線性分析方法進行計算。

    4）轉向裝置和錨固裝置等局部構造的研究。

    5）體外預應力加固結構動力行為的研究。

    3.2 研究中的不足

    雖然國內外對體外預應力體系進行了許多試驗研究，但體外預應力加固梁橋的加固機理與設計理論還未成熟，特別是對七八十年代修建的大量中小跨徑梁橋缺乏廣泛適用的加固標準;對于體外預應力筋的錨具和轉向裝置的構造細節(jié)及受力分析在我國現(xiàn)行標準和規(guī)范中尚無明確、具體的規(guī)定，有關試驗研究也不多見。因此，將體外預應力加固技術廣泛地應用于我國橋梁加固工程，還需進行大量研究。

    但可以確定的是.隨著研究與實踐工作的不斷發(fā)展，體外預應力加固技術必將為我國橋梁建設事業(yè)作出重要貢獻。