体外预应力结构.pdf

高等混凝土结构专题讲座（一） 体外预应力混凝土桥梁概论 2004.11.15 一、体外预应力概述 1、体外预应力桥梁的精确定义 2 、体外预应力的应用范围 3、国外的研究现状 4、国内研究现状 5、体外预应力混凝土结构的特点 1.1 体外预应力桥梁的精确定义 具有以下特性的桥梁是体外预应力桥梁： （1）所有的体外预应力钢筋位于桥梁截面之外； （2 ）预应力钢筋对结构抗弯刚度的影响很小； （3 ）预应力钢筋张拉到允许的最大张拉值； （4 ）活载只产生有限的挠度，预应力钢筋中的应力变化 幅度也很小（对于少数荷载最多只达到50MPa ）。 1.2 体外预应力的应用范围 （1）体外预应力现阶段主要应用于预应力混凝土桥 梁、特种结构和大跨度建筑工程结构； （2）预应力混凝土结构的重建、加固及维修； （3）临时性预应力混凝土结构或作为施工临时性钢 索。 1.2.1 新建桥梁的应用 从Long Key桥的设计建造至今，体外预应力技术发展了近20 年，其主要用在以下几个方面: 首先，是以Long Key桥为代表的采用逐跨预制节段施工的长桥。 这种类型的体外预应力混凝土结构是应用最早、最为广泛的体外预 应力结构形式。其突出的优势在于设计和施工的标准化和施工速度 快捷。出于它的体外预应力索与体内预应力结构同样，采用普通多 股钢绞线、锚具和水泥灌浆，故其预应力索的成本较低。这种类型 的桥梁受支撑结构的影响，跨径一般为30m~50m 。它通常在通航要 求不高的多跨桥，长大跨桥梁的引桥以及人口密集和交通组织困难 的城市高架公路和轻轨干线中采用。 其二，是用粗大体外索代替原有配置在腹板内大量体内束筋的结 构，该结构可以简化腹板的构造及减少腹板的厚度。其主要应用与悬臂 施工和顶推施工的桥梁中，全桥的预应力体系通常采用体内有粘结和体 外无粘结混合配置的方式。由于腹板内不放置预应力筋，所以可以把传 统的混凝土箱梁腹板改成混凝土桁架形式或直接在肋板式结构中采用钢 腹板。采用的三角形断面和波纹钢腹板的法国Maupre桥是此类体外预 应力结构的代表作。 此外，当体外预应力索在桥墩顶部的偏心距大于混凝土梁高 时，称为坦拉式体外预应力混凝土结构，由于这种结构的外形除了 主塔较矮以外，与斜拉桥基本相似，故也有学者称之为“部分斜拉 桥” 。它可以作为梁高较高的梁式桥与具有柔细梁的预应力混凝土斜 拉桥之间平滑过渡的结构形式。 下表为早期修建的十座体外预应力混凝土桥梁。 1. 2.2 体外预应力补强技术的应用 在大部分的场合中，由于防护套断裂造成钢筋锈蚀、预应力钢筋 磨损，以及混凝土的收缩徐变及温度等各种因素的影响，导致桥梁中 的钢筋破损严重,需要提供额外的或替换的力筋。由于采用了预应力 钢筋布置在结构体系之外的体外预应力技术，破损钢筋的置换较容易, 同时此方法克服了许多加固方法材料中普遍存在的应力滞后的弱点， 并保证了新旧材料和结构的整体性与协同工作。 体外预应力是一种有效的桥梁结构加固方法，简单易行，不影响 行车，受力途径明确，能显著提高结构承载力和抗裂度，能有效改善 结构的应力状态。正是由于体外预应力结构的独特优点，所以体外预 应力补强技术成为旧桥加固中最有效的方法，在我国桥梁建设中有 极其广泛的应用前景。 1.2.2.1加固形式 体外预应力加固体系的形式多种多样，一般采用折线形，梁的 跨中部分体外束布置在腹板下缘处，主要通过水平力筋和斜筋提高 梁的承载能力。其中水平筋作用于梁底的水平预应力，产生一个反 向弯矩，用来抵抗由自重及活载产生的正弯矩，而斜筋给梁端部位 提供负弯矩和预剪力。体外束材料一般由无粘结钢绞线、粗钢筋与 槽钢组合而成。 随着近年来结构建设 的不断发展，体外预应力补强技术已从最 初应用于加固中小跨径的简支梁发展到广泛应用于大、中跨的各种 类 型桥梁，如预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土Ｔ型刚构、钢管 混凝土系杆拱桥等等。 1.2.2.2 体外束的设计理论 a、体外束加固桥梁受弯构件时，按偏心构件计算。 b 、按无粘结部分预应力混凝土结构计算，根据预应力度确定预应力 钢筋面积，分别验算加固结构的承载力、使用阶段应力以及结构的 变形。 c、按加劲梁组合结构分别计算对其受力和使用性能进行分析研究。 按整体变形协调条件计算预应力筋在外载作用下的应力增量。