体外预应力加固研究现状

（吉林建筑大学土木工程学院）

0 引言

随着我国经济快速发展，国际地位日益提高，交通运输地位便日益显著，其中随着桥梁的结构形式的丰富，交通运输量的不断增加和时间的累积，且受当地环境因素等的影响，病害问题严重威胁着桥梁的承载能力，不能满足桥梁的正常使用功能，同时阻碍了交通运输的发展。旧桥危桥拆除后再重建是一项颇为繁琐的工程,因此对原有桥梁进行体外预应力加固是使其保持正常使用状态的有效方法。

预应力的概念最早起源于古代的应用，即以绳索或是铁箍缠绕桶板做桶，直到1886年混凝土才开始应用这一原理。美国旧金山的P.H.Jackson获得了混凝土拱内张紧港拉杆做楼板用的专利，这是预应力第一次应用在污工结构中。1888年德国的C.E.W.Doehring取得了用已施加拉力的钢筋来加强楼板所能承受的荷载的专利。众所周知，混凝土抗压强度强，抗拉强度低，预拉钢筋使混凝土产生的压应力可抵消由恒载或活载在混凝土内产生的拉应力，然而由于混凝土的收缩和徐变，这些低值预应力将会损失。随着钢束防腐技术迅速发展，体外预应力对桥梁加固具有重要意义。体外预应力加固能够提高桥梁结构的刚度、承载能力和抗裂性，同时使其具有良好的可靠度、工作性能和耐久性，以在实际中广泛应用[1]。

1 体外预应力加固方法

Virlogeux.M在1988年针对简支和连续体外预应力混凝土梁，采用塑性区铰区长度的方法，分别研究了在正常使用极限状态和承载能力状态下的相关问题,并提出偏心距变化是由于预应力钢筋为直线和主梁结构变化为非线性而产生的，同时提出利用塑性铰公式推测在极限承载力时，预应力筋平均伸长量模型[2]。

1991年杜世生、叶见曙等通过假设在破坏阶段最大弯矩截面附近形成的塑性区，理想化为一个铰，同时把结构的变形看作是铰所联结的相邻两部分沿相反方向的转动而产生的,提出关于体外预应力加固简支梁的抗弯极限强度的计算方法，合理的反应了在加固后的实际承载力[3]。

1997年杜进生等提出的无粘结预应力筋极限应力计算公式,考虑了构件的截面形式、截面尺寸、跨长、材料强度及配比等因素的影响。同时，通过试验认为等效塑性区长度与破坏截面中性轴的比值在构件受弯破坏时基本接近同一长度[4]。

2006年王寿生在动力学原理的前提下，建立了体外预应力混凝土简支梁的横向振动方程，同时由对Ayaho Miyamoto提出的公式的补充和修正，推出体外预应力混凝土简支梁的自振频率计算公式，对体外预应力梁的振动特性、耦合振动特性的相关性，及体外预应力梁从张拉到使用最后直至破坏的整个过程中的频率变化规律进行研究，并且给出相应的计算方法[5]。

2006年胡志坚等考虑了锚具变形损失、摩阻损失、混凝土弹性压缩损失等各项应力损失，提出了体外预应力损失的简单估算方法[6]。

2015年王亚梅等在钢筋混凝土T型梁桥梁底或侧面设置预应力钢丝束,其施加的初始应力以抵消原构件的部分自重应力,大幅度地提高了截面的承载能力，是一种比较新颖的加固方法[7]。

2 体外预应力加固效果

1998年徐栋等采用分层模型和条带法编制的有限元非线性分析模型对体外预应力进行分析,有限元模型对材料非线性、几何非线性及预应力材料的非线性之间的关系进行了充分考虑，同时对体外预应力在全加载过程中的变化也进行了充分分析。得出由于接缝处的刚体转动使得节段施工法和整体施工法的结构力学性差别很大的结论[8]。

2004年熊学玉根据已有的计算方法，在对短期挠度进行计算的同时，考虑了预应力增量、二次影响、材料的非线性、混凝土收缩和徐变以及高温等各因素之间的相互影响[9]。

2016年于天来等通过碳纤维筋体外预应力加固钢混梁疲劳破坏试验，发现上缘受压区混凝土疲劳压碎，而钢筋及体外碳纤维筋均未断裂[10]。

2016年邢国华等对铝合金筋材料性能进行试验研究，通过ANSYS建立铝合金筋代替混凝土梁的体外预应力筋的受力模型，发现用等截面原则加固后梁，可以提高一定的延性、承载能力[11]。

3 结语

1.国内外大多学者都是从体外预应力使用性能、挠度、应力损失、极限承载能力等方面进行了相关研究,提出了相关简化公式。

2.研究对象从体外预应力简支梁到连续梁,从普通钢筋到钢绞线，对正截面抗剪、短期挠度计算等大量试验数据的收集进行研究。

3.关于体外预应力桥梁加固的研究都着重关注提高加固后的承载能力，而关于体外防腐措施的研究较少，因此在该方面有更广阔的研究前景。

[1]蒋伟,崔海. 体外预应力加固桥梁的荷载试验评定研究[J]. 中外公路,2017,(02):85-88.

[2]Virlogeux,M.Nonlinear analysis of externally prestressed structures[A].Proc.symp,F é d é ration Intermationale de la Pr é contrainte(FIP)[C].Istale,1988.

[3]杜世生,叶见曙,赖国麟. 体外预应力筋加固梁桥后抗弯极限强度的计算[J].华东公路,1991,(04):25-29.

[4]杜进生,赖国麟. 无粘结部分预应力混凝土受弯构件正截面抗弯强度计算方法的研究[J]. 桥梁建设,1997,(03):15-19.

[5]王寿生. 体外预应力混凝土梁体系振动问题与正常使用性能研究[D].同济大学,2006.

[6]胡志坚,胡钊芳. 实用体外预应力结构预应力损失估算方法[J]. 桥梁建设,2006,(01):73-75+82.

[7]王亚梅,蒋华,勾承成,王浩. 体外预应力加固T型梁桥的正截面抗弯承载力计算分析[J]. 四川建材,2015,(05):39-40.

[8]徐栋,项海帆. 体外预应力混凝土桥梁非线性分析[J]. 同济大学学报(自然科学版),2000,(04):402-406.

[9]熊学玉,王寿生. 体外预应力混凝土梁挠度分析[J]. 工业建筑,2004,(07):12-15.

[10]于天来,刘兴国,姚爽,穆罕默德马苏. 碳纤维筋体外预应力加固钢筋混凝土梁的疲劳性能[J]. 吉林大学学报(工学版),2016,(06):1867-1873.

[11]邢国华,谢鹏宇,宋启玺,刘伯权,吴涛. 铝合金筋体外预应力加固混凝土梁受力性能研究[J]. 硅酸盐通报,2016,(03):831-836.