体外预应力结构的应用潜力
【摘 要】本文简述了体外预应力技术的产生及发展历史，介绍了其自身的优势，并详细论述了体外预应力结构的研究现状及应用案例，展望我国体外预应力技术的发展及应用前景。
【关键词】体外预应力结构；起源与发展；优势；潜力
体外预应力技术，是相对于传统的预应力筋布置在截面内而言的，它是指预应力筋布置在结构构件截面之外的预应力技术，属于无粘结预应力的一种，能提高结构承载能力，提高刚度，降低挠度。该技术被认为是现存结构加固和重建最有利的技术之一。目前，它已广泛应用于建筑工程结构、桥梁结构的新建、加固和维护之中。
1. 体外预应力结构的起源与发展状况
1.1 起源与发展。近些年来，体外预应力技术在欧洲一些国家及美国、日本等国得以蓬勃发展，特别是在桥梁方面，许多体外预应力桥梁相继出现。与体内预应力结构相比，体外预应力结构的优势逐渐显现出来，因而也引起人们越来越多的关注。然而，体外预应力技术并不是新近出现的，它伴随着预应力技术的产生而出现，其应用要早于体内预应力技术。体外预应力技术首次登上历史舞台是在1934年，用于加固勒阿弗尔港的人行码头。然而，体外预应力的推广之路并不顺利。由于存在体外束的防腐问题，工程事故频发，在20世纪40年代至60年代期间，体外预应力结构遭到业内排斥，当时业内人士均认为应尽可能少地使用体外预应力。至此，体外预应力的发展几乎停滞了。直到20世纪70年代，一些体内预应力桥梁因为初始预应力不足、超静定徐变影响和温度影响被忽视以及对摩阻预应力损失和预应力筋的松驰估计不足等原因出现严重裂缝， 不得不进行加固， 而加固的方法只能是采用体外预应力索，即在现有桥梁上布设体外索。人们因此对体外预应力技术有了新的认识。与此同时，预应力索的防腐问题也得到有效解决，影响预应力技术发展的最大障碍得以扫除。
1.2 体外预应力结构的经典案例。嘉兴南湖革命纪念馆新馆因主楼的1层使用功能改变需进行加固，在次案例中，考虑到地下空间的使用要求、施工影响范围、造价等一系列因素，体外预应力加固法成了此次加固的首选方案。体外预应力是一种主动的加固方法，能够有效改善结构受力性能，从而提高结构刚度和极限承载力。本工程部分梁体外预应力筋采用s15.2高强度低松弛有粘结钢绞线，体外预应力筋布置成折线型，均匀对称地布置在梁的两侧，预应力钢绞线为一端固定，另一端张拉，张拉控制应力：
σcon = 0.7fptk
体外预应力加固施工工艺流程： 施工准备→钢配件的制作与安装→钢绞线的制作与安装→钢绞线张拉与锚固→切割多余的外露钢绞线→钢绞线及钢配件防锈处理。其中，当框架结构的主次梁均施加预应力时，应先张拉次梁，后张拉主梁，梁中预应力筋的张拉应左右对称进行。钢绞线张拉过程则是先根据钢绞线束中的钢绞线根数选择并装上锚板，并在每根钢绞线周围装上夹片，接着安装上经标定的千斤顶，张拉到0.1σcon值并保持这个压力值，直至记下伸长量，然后千斤顶回油并重新就位，继续张拉并把千斤顶的压力增加到0.7fptk，记下伸长量，之后锁好夹片，千斤顶回油并拿出，开始下一根钢绞线的张拉。该加固工程于2010年8月交付使用后，经检查，未发现体外预应力加固的钢筋混凝土大梁出现裂缝和其它异常情况，使用状况良好。
2. 与体内预应力结构相比体外预应力结构的优势
2.1 从构造角度来看，体外预应力筋安装在混凝土结构体外，无须留孔与灌浆，预应力筋可根据实际工程情况选用多种线形布置，预应力筋仅在锚固与转向处与混凝土结构有协调变形关系。
2.2 从施工角度来看，体外预应力构件在预制厂里预制，精度容易控制，钢束布置在外，不需要预留预应力管道，因此构件尺寸可以适当减小，减轻了自重，这样一来，不仅简化了施工工艺，而且因为预应力筋跟混凝土分离，提高了混凝土的施工整体质量和耐久性。
2.3 从受力性能的角度来看，体外预应力结构因钢束变形发生在锚固点或转向处，承载力是均匀分布的，而且预应力损失较小，不会因为预留孔的存在而降低承压能力。体外预应力结构，在正常使用极限状态下， 结构受力的最不利位置仍有一定数量的压应力储备。结构基本处于弹性状态， 变形很小， 随着荷载的增加到承载能力极限状态时， 其力学性能将不同于体内预应力， 其钢束应力不会达到屈服而导致预应力结构能力的削弱。
2.4 从后期维护的角度来看，体外预应力结构的钢束易于检测与维护，可修、可查、可换。
3. 新时期体外预应力结构使用的潜力
体外预应力技术发展到今天， 已经不仅仅作为一种加固措施， 而是作为新建结构时一种可供选择且具有较强竞争力的方案。
3.1 新时期科技快速发展给体外预应力结构发展带来的机遇。
3.1.1 材料发展。随着预应力砼（PC) 技术的不断发展， 高质量钢筋、预应力钢材和高强、高性能砼的发展， 逐渐运用到大跨PC 桥梁建设中。目前，我国预应力混凝土结构中常用的混凝土强度从C40到C60，有的甚至在C80以上。高强度、高性 能混凝土具有耐久性好、超和易性、低水化热、早高强等特点，其显著的优越性已逐渐引起各国的重视。
3.1.2 张拉技术以及设备发展。 在预应力结构中，张拉质量是施工中最重要的一环。预应力张拉施工比较多的是采用油泵驱动千斤顶进行张拉、压力表读数控制张拉力、人工测量控制张拉伸长值的施工工艺。然而，数控张拉技术的出现，为体外预应力的发展开拓了更广阔的天地。数控张拉技术可实现高精度的预应力张拉锚固， 预应力张拉力和预应力筋伸长值的自动双重控制. 同时， 可以准确测定预应力瞬时损失值， 对张拉完成后的锚下有效预应力进行检测与监控。
3.2 经济性能好，适用范围广。体外预应力结构通过减小截面尺寸来减轻恒载，因而可节省材料用量，经济性较好；能够方便地进行检测和维护体外预应力钢束，明确地掌握其使用情况， 节约了后期费用；采用逐跨施工的体外预应力结构， 增大了对空心板梁的跨径， 从而减少了其下部结构的工程量， 对连续粱则无需脚手架， 省却了大量施工费用。
3.3 安全隐蔽少，安全性能好。与体内预应力结构相比，体外预应力结构的工程质量更有保证。（1）张拉过程中， 施工人员能够精确控制和调整钢绞线的应力；（2）投入使用后， 检查人员能够随时对预应力束进行应力检测， 保证在必要时及时进行更换。安全隐患少，安全性能更高。
4. 结语
体外预应力技术有着悠久的使用历史。经过时代变迁技术革新，工程材料以及施工技术的发展给体外预应力技术提供了强大的支持。我国正面临着道路、桥梁建设的新高潮，国内外加固工程的广泛使用都对体外预应力技术发展需求有着迫切的期待。它必将更加广泛地进入人们的视野，前景无可估量！
参考文献
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