體外預(yù)應(yīng)力加固研究現(xiàn)狀

（吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國(guó)際地位日益提高，交通運(yùn)輸?shù)匚槐闳找骘@著，其中隨著橋梁的結(jié)構(gòu)形式的豐富，交通運(yùn)輸量的不斷增加和時(shí)間的累積，且受當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素等的影響，病害問(wèn)題嚴(yán)重威脅著橋梁的承載能力，不能滿足橋梁的正常使用功能，同時(shí)阻礙了交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。舊橋危橋拆除后再重建是一項(xiàng)頗為繁瑣的工程,因此對(duì)原有橋梁進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固是使其保持正常使用狀態(tài)的有效方法。

預(yù)應(yīng)力的概念最早起源于古代的應(yīng)用，即以繩索或是鐵箍纏繞桶板做桶，直到1886年混凝土才開(kāi)始應(yīng)用這一原理。美國(guó)舊金山的P.H.Jackson獲得了混凝土拱內(nèi)張緊港拉桿做樓板用的專利，這是預(yù)應(yīng)力第一次應(yīng)用在污工結(jié)構(gòu)中。1888年德國(guó)的C.E.W.Doehring取得了用已施加拉力的鋼筋來(lái)加強(qiáng)樓板所能承受的荷載的專利。眾所周知，混凝土抗壓強(qiáng)度強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度低，預(yù)拉鋼筋使混凝土產(chǎn)生的壓應(yīng)力可抵消由恒載或活載在混凝土內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，然而由于混凝土的收縮和徐變，這些低值預(yù)應(yīng)力將會(huì)損失。隨著鋼束防腐技術(shù)迅速發(fā)展，體外預(yù)應(yīng)力對(duì)橋梁加固具有重要意義。體外預(yù)應(yīng)力加固能夠提高橋梁結(jié)構(gòu)的剛度、承載能力和抗裂性，同時(shí)使其具有良好的可靠度、工作性能和耐久性，以在實(shí)際中廣泛應(yīng)用[1]。

1 體外預(yù)應(yīng)力加固方法

Virlogeux.M在1988年針對(duì)簡(jiǎn)支和連續(xù)體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁，采用塑性區(qū)鉸區(qū)長(zhǎng)度的方法，分別研究了在正常使用極限狀態(tài)和承載能力狀態(tài)下的相關(guān)問(wèn)題,并提出偏心距變化是由于預(yù)應(yīng)力鋼筋為直線和主梁結(jié)構(gòu)變化為非線性而產(chǎn)生的，同時(shí)提出利用塑性鉸公式推測(cè)在極限承載力時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋平均伸長(zhǎng)量模型[2]。

1991年杜世生、葉見(jiàn)曙等通過(guò)假設(shè)在破壞階段最大彎矩截面附近形成的塑性區(qū)，理想化為一個(gè)鉸，同時(shí)把結(jié)構(gòu)的變形看作是鉸所聯(lián)結(jié)的相鄰兩部分沿相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的,提出關(guān)于體外預(yù)應(yīng)力加固簡(jiǎn)支梁的抗彎極限強(qiáng)度的計(jì)算方法，合理的反應(yīng)了在加固后的實(shí)際承載力[3]。

1997年杜進(jìn)生等提出的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力計(jì)算公式,考慮了構(gòu)件的截面形式、截面尺寸、跨長(zhǎng)、材料強(qiáng)度及配比等因素的影響。同時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)認(rèn)為等效塑性區(qū)長(zhǎng)度與破壞截面中性軸的比值在構(gòu)件受彎破壞時(shí)基本接近同一長(zhǎng)度[4]。

2006年王壽生在動(dòng)力學(xué)原理的前提下，建立了體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的橫向振動(dòng)方程，同時(shí)由對(duì)Ayaho Miyamoto提出的公式的補(bǔ)充和修正，推出體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的自振頻率計(jì)算公式，對(duì)體外預(yù)應(yīng)力梁的振動(dòng)特性、耦合振動(dòng)特性的相關(guān)性，及體外預(yù)應(yīng)力梁從張拉到使用最后直至破壞的整個(gè)過(guò)程中的頻率變化規(guī)律進(jìn)行研究，并且給出相應(yīng)的計(jì)算方法[5]。

2006年胡志堅(jiān)等考慮了錨具變形損失、摩阻損失、混凝土彈性壓縮損失等各項(xiàng)應(yīng)力損失，提出了體外預(yù)應(yīng)力損失的簡(jiǎn)單估算方法[6]。

2015年王亞梅等在鋼筋混凝土T型梁橋梁底或側(cè)面設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絲束,其施加的初始應(yīng)力以抵消原構(gòu)件的部分自重應(yīng)力,大幅度地提高了截面的承載能力，是一種比較新穎的加固方法[7]。

2 體外預(yù)應(yīng)力加固效果

1998年徐棟等采用分層模型和條帶法編制的有限元非線性分析模型對(duì)體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行分析,有限元模型對(duì)材料非線性、幾何非線性及預(yù)應(yīng)力材料的非線性之間的關(guān)系進(jìn)行了充分考慮，同時(shí)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力在全加載過(guò)程中的變化也進(jìn)行了充分分析。得出由于接縫處的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)使得節(jié)段施工法和整體施工法的結(jié)構(gòu)力學(xué)性差別很大的結(jié)論[8]。

2004年熊學(xué)玉根據(jù)已有的計(jì)算方法，在對(duì)短期撓度進(jìn)行計(jì)算的同時(shí)，考慮了預(yù)應(yīng)力增量、二次影響、材料的非線性、混凝土收縮和徐變以及高溫等各因素之間的相互影響[9]。

2016年于天來(lái)等通過(guò)碳纖維筋體外預(yù)應(yīng)力加固鋼混梁疲勞破壞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)上緣受壓區(qū)混凝土疲勞壓碎，而鋼筋及體外碳纖維筋均未斷裂[10]。

2016年邢國(guó)華等對(duì)鋁合金筋材料性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過(guò)ANSYS建立鋁合金筋代替混凝土梁的體外預(yù)應(yīng)力筋的受力模型，發(fā)現(xiàn)用等截面原則加固后梁，可以提高一定的延性、承載能力[11]。

3 結(jié)語(yǔ)

1.國(guó)內(nèi)外大多學(xué)者都是從體外預(yù)應(yīng)力使用性能、撓度、應(yīng)力損失、極限承載能力等方面進(jìn)行了相關(guān)研究,提出了相關(guān)簡(jiǎn)化公式。

2.研究對(duì)象從體外預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁到連續(xù)梁,從普通鋼筋到鋼絞線，對(duì)正截面抗剪、短期撓度計(jì)算等大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集進(jìn)行研究。

3.關(guān)于體外預(yù)應(yīng)力橋梁加固的研究都著重關(guān)注提高加固后的承載能力，而關(guān)于體外防腐措施的研究較少，因此在該方面有更廣闊的研究前景。

[1]蔣偉,崔海. 體外預(yù)應(yīng)力加固橋梁的荷載試驗(yàn)評(píng)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,葉見(jiàn)曙,賴國(guó)麟. 體外預(yù)應(yīng)力筋加固梁橋后抗彎極限強(qiáng)度的計(jì)算[J].華東公路,1991,(04):25-29.

[4]杜進(jìn)生,賴國(guó)麟. 無(wú)粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算方法的研究[J]. 橋梁建設(shè),1997,(03):15-19.

[5]王壽生. 體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁體系振動(dòng)問(wèn)題與正常使用性能研究[D].同濟(jì)大學(xué),2006.

[6]胡志堅(jiān),胡釗芳. 實(shí)用體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力損失估算方法[J]. 橋梁建設(shè),2006,(01):73-75+82.

[7]王亞梅,蔣華,勾承成,王浩. 體外預(yù)應(yīng)力加固T型梁橋的正截面抗彎承載力計(jì)算分析[J]. 四川建材,2015,(05):39-40.

[8]徐棟,項(xiàng)海帆. 體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁非線性分析[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2000,(04):402-406.

[9]熊學(xué)玉,王壽生. 體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁撓度分析[J]. 工業(yè)建筑,2004,(07):12-15.

[10]于天來(lái),劉興國(guó),姚爽,穆罕默德馬蘇. 碳纖維筋體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土梁的疲勞性能[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2016,(06):1867-1873.

[11]邢國(guó)華,謝鵬宇,宋啟璽,劉伯權(quán),吳濤. 鋁合金筋體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土梁受力性能研究[J]. 硅酸鹽通報(bào),2016,(03):831-836.