【文章內(nèi)容簡介】 ，體外預(yù)應(yīng)力常采用鋼絞線束，其中鋼絞線可選用普通鋼絞線、鍍鋅鋼絞線、環(huán)氧涂層鋼絞線和外包PE的單根無粘結(jié)鋼絞線。外護套主要起防腐作用，通常采用兩種材料，即高密度聚乙烯(簡稱HDPE)管或鋼管，但在錨固段和轉(zhuǎn)向彎曲段一般均采用鋼管。鋼管外護套較貴且本身有防腐的問題，故采用較少；HDPE管已被大量應(yīng)用，但其與鋼管的連接處必須保證密封性能良好。為便于預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)穿、檢查、檢測及更換，外護套應(yīng)做成可伸縮式的構(gòu)造，并在各伸縮段的連接部位具有良好強度與密封性。圖334所示分別為為兩種典型的體外索形式。外護套與鋼絞線束之間通常采用灌漿措施，灌漿材料分為剛性材料和非剛性材料。剛性材料通常為水泥漿，非剛性材料主要是油脂和石蠟。水泥灌漿適用于體外預(yù)應(yīng)力筋離散粘結(jié)（如體外預(yù)應(yīng)力筋在轉(zhuǎn)向和錨固段與梁體粘結(jié)），或完全無粘結(jié)的情況。油脂和石蠟通常用在可換的體外預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)中，以使體外預(yù)應(yīng)力筋與粱體無粘結(jié)。圖33 單根無粘結(jié)外包PE 圖34 普通鋼絞線外包PE防護的體外索 防護的體外索不管護套和灌漿材料如何選擇，由單根無粘結(jié)鋼絞線組成的體外預(yù)應(yīng)力筋均能進行多次張拉。如錨固和轉(zhuǎn)向位置處采用雙層管道，不管鋼束是何種類型，都能達到拆卸或調(diào)換的要求。如鋼束在錨固及轉(zhuǎn)向位置采用單層管道時，只能采用全無粘結(jié)構(gòu)造和非剛性的灌漿材料，才能保證鋼束在必要時能夠拆卸和更換。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的錨具是整個結(jié)構(gòu)中的最關(guān)鍵部位，如圖33所示。與有粘結(jié)體內(nèi)束全長范圍均能提供粘結(jié)力相比，體外索僅在有限的轉(zhuǎn)向點及錨固處與結(jié)構(gòu)連接，預(yù)加力完全靠錨具傳遞給結(jié)構(gòu)，錨具一旦失效，將對結(jié)構(gòu)造成災(zāi)難性的后果。因此，在體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，必須具有規(guī)定的靜力與動力強度（錨固強度），錨具下混凝土的支承應(yīng)力不得超過規(guī)范的限值。圖33 錨具構(gòu)造圖體外預(yù)應(yīng)力索的錨具根據(jù)體外索的使用特點分為永久式和可調(diào)式兩大類。永久式錨具適用于體外索與混凝土有局部粘結(jié)的結(jié)構(gòu)。錨具的錨墊板及預(yù)埋鋼管直接與混凝土相粘結(jié)，鋼索一旦被錨固，則不可更換，其索力不可調(diào)整。一般采用水泥漿作為灌注材料，在轉(zhuǎn)向處采用單管式轉(zhuǎn)向鋼管，并灌注水泥砂漿形成粘結(jié)。錨具在錨固以后用環(huán)氧砂漿或混凝土做封錨處理，防止水份滲入?？烧{(diào)式錨具包括不可重復(fù)張拉(可換不可調(diào))和可重復(fù)張拉(可換可調(diào))兩種類型。該類錨具均采用大直徑的預(yù)埋鋼管將鋼絞線和混凝土體分開，通過工作錨板和螺母將錨固力傳到錨墊板上。錨頭外部設(shè)置可以開啟的密封罩，平時填充防腐油脂或臘，使錨頭與空氣及水份隔絕。 可換不可調(diào)型錨具在鋼索張拉后無法放松，但可以全部拆除。錨具內(nèi)一般使用防腐材料如油脂或臘等填充?？蓳Q可調(diào)型錨具在鋼索張拉錨固后，在錨具外需要預(yù)留一定長度的鋼索，以備再次張拉。使用該類型錨具的體外索均使用柔性灌注材料如油脂或臘等。重復(fù)張拉前，打開錨頭外部的密封罩，清除灌注材料，裝上張拉千斤頂，即可進行張拉，該種類型的錨具一般用作施工臨時索。兩種形式的錨具均可以選擇使用組合索或成品索。其中灌漿的組合索一般和永久式的錨具配合，此類索與錨具組合方式的優(yōu)點是比較經(jīng)濟。無灌漿的組合索可以和可調(diào)式配合使用，多根鋼絞線可分別單根張拉；需要更換預(yù)應(yīng)力索時，可通過單根鋼絞線放松的方法來進行逐根更換或整體更換?；炷羶?nèi)的預(yù)埋管段需以水泥漿灌注密封，永久式錨具與成品索配合使用時，錨固區(qū)用于不需換索、合使用的可調(diào)式錨具錨固區(qū)由帶螺母的螺紋錨頭、錨墊板、調(diào)索的情況。與成品索配密封灌漿筒、防護罩和減振塊組成，張拉后密封灌漿筒需灌注水泥漿進行防護，索的張拉力調(diào)節(jié)或索體更換是通過螺紋錨頭上的螺母旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。 各種體系的組成和特點對比體外預(yù)應(yīng)力體 系預(yù)應(yīng)力索錨固形式特 點1灌漿組合索永久式比較經(jīng)濟2成品索永久式比較經(jīng)濟，防腐蝕性能好3無灌漿組合索可調(diào)式可以進行索的張拉力調(diào)節(jié)或索體更換；只能用于直線形式布置方式4成品索可調(diào)式可以進行索的張拉力調(diào)節(jié)或索體更換；防腐蝕性能好；施工時需整體張拉轉(zhuǎn)向及定位構(gòu)造設(shè)計原則：使用荷載條件下受力性能良好，極限狀態(tài)下有足夠的延性和安全度；所承受的水平和垂直分力，為體外預(yù)應(yīng)力筋的最大拉力在水平和垂直平面內(nèi)的分力；所配普通鋼筋的應(yīng)力，必須限制在能夠控制裂縫寬度的容許應(yīng)力范圍內(nèi)。單跨布置的體外預(yù)應(yīng)力筋通常有兩個轉(zhuǎn)向構(gòu)造，連續(xù)布置的體外預(yù)應(yīng)力筋可能設(shè)三個以上的轉(zhuǎn)向構(gòu)造。簡支結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)向構(gòu)造一般設(shè)在1/3~1/4跨之間，體外預(yù)應(yīng)力筋可根據(jù)需要集中轉(zhuǎn)向或分根（批）在不同位置分別轉(zhuǎn)向。如下圖34所示。圖34體外預(yù)應(yīng)力筋布置圖連續(xù)結(jié)構(gòu)跨內(nèi)轉(zhuǎn)向構(gòu)造的位置一般在梁彎矩零點附近，可以采用集中轉(zhuǎn)向或分根（批）在不同位置分別轉(zhuǎn)向。從正彎矩區(qū)段過渡到負彎矩區(qū)段連續(xù)布置的體外預(yù)應(yīng)力筋，除在跨內(nèi)設(shè)置轉(zhuǎn)向構(gòu)造外，近支座附近也要設(shè)置轉(zhuǎn)向構(gòu)造。轉(zhuǎn)向構(gòu)造應(yīng)量布置在靠近底板與腹板相接處附近，或頂板與腹板相接位置附近，為了減小二次效應(yīng)，應(yīng)對體外預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置定位構(gòu)造，以限制其發(fā)生相對梁體的橫向位移，定位構(gòu)造設(shè)在梁體撓曲線最大的位置和可能發(fā)生較大二次效應(yīng)的區(qū)段。定位構(gòu)造之間或定位與轉(zhuǎn)向構(gòu)造之間的距離一般不大于8m。體外預(yù)應(yīng)力筋通過預(yù)埋的轉(zhuǎn)向管道進行彎轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向管道應(yīng)與梁體內(nèi)的鋼筋固定在一起，轉(zhuǎn)向管道應(yīng)考慮采用不必更換的材料進行制作；為了減少轉(zhuǎn)向管道與預(yù)應(yīng)力筋的摩阻，應(yīng)采用耐磨且摩阻系數(shù)小的材料。 體外預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的防腐與防護體外預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的防腐與防護，由鋼絞線束的自身防腐、護套與灌漿料的保護，以及錨具的防腐與防護措施所組成。鋼絞線、外護套及灌漿料的選擇，主要考慮環(huán)境條件和體外預(yù)應(yīng)力索的暴露程度，如：通常處于干燥狀態(tài)、通常處于潮濕的環(huán)境中、長期處于濕潤或干濕交變的環(huán)境中，以及處于嚴重侵蝕性的惡劣環(huán)境中第四種。成品的單根無粘結(jié)鋼絞線是鋼絞線束自身防腐最有效的手段，其中環(huán)氧涂層無粘結(jié)鋼絞線具有更好的防腐性能。普通鋼絞線的體外預(yù)應(yīng)力索，外護套與內(nèi)灌料都是至關(guān)重要，采用HDPE護套和灌水泥漿是最經(jīng)濟的；在HDPE管內(nèi)灌油脂或石蠟是可靠的防腐措施，也便于鋼絞線更換。不管護套采用何種灌注料，錨具的喇叭管、延伸管內(nèi)均需灌料，這是鋼鉸線防腐的關(guān)鍵部分，如體外預(yù)應(yīng)力筋采用無粘結(jié)構(gòu)造，則用油脂或其它非硬固性材料填充喇叭管及延伸管，以便拆卸更換，在錨具的錨板外側(cè)也應(yīng)設(shè)置防護罩，并灌注防腐料。 體外預(yù)應(yīng)力筋的定位與減振(1) 體外預(yù)應(yīng)力筋的定位裝置為了減少體外預(yù)應(yīng)力的二次效應(yīng)，應(yīng)對體外預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置專門構(gòu)造，以限制其發(fā)生相對梁體的橫向位移。定位裝置由定位結(jié)構(gòu)構(gòu)造和定位器組成，兩者的具體形式可參照轉(zhuǎn)向裝置。在考慮構(gòu)造標準化等要求的情況下，定位結(jié)構(gòu)構(gòu)造之間或定位與轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)構(gòu)造之間的距離，一般可取不大于8m的間距，并在梁體撓曲最大的位置設(shè)置。(2) 體外預(yù)應(yīng)力筋的減振裝置體外預(yù)應(yīng)力筋的振動，會在轉(zhuǎn)向和錨固構(gòu)造處產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力，并影響到錨具夾片，從而降低鋼絞線的疲勞強度。為了克服振動不利影響，應(yīng)設(shè)置減振裝置。在一般情況下，減振裝置間距以不大于7m為宜，或者也可以通過動力計算確定；在設(shè)置減振裝置處，體外預(yù)應(yīng)力筋與護套間應(yīng)用隔振材料填實。體外預(yù)應(yīng)力筋的定位構(gòu)造通過設(shè)置減振材料也是一種減振裝置，因此上述減振裝置通常僅用在體外預(yù)應(yīng)力筋彎起后的區(qū)段。 體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能在體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋錨固在梁端或中間橫隔梁上，通過轉(zhuǎn)向塊調(diào)整預(yù)應(yīng)力筋的方向，以適應(yīng)梁的受力要求。除了在錨固和轉(zhuǎn)向區(qū)內(nèi)，預(yù)應(yīng)力筋與梁并無接觸。體外預(yù)應(yīng)力簡支梁體系實際是一個帶柔性拉桿的內(nèi)部一次超靜定混合體系。對梁體施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的控制值是在結(jié)構(gòu)的自重作用下施加的。因此在結(jié)構(gòu)自重及預(yù)加力共同作用下，該體系已處于平衡狀態(tài)。隨著外加荷載作用的變化，體外預(yù)應(yīng)力簡支梁體系所處的平衡狀態(tài)被破壞，體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力發(fā)生改變，梁體截面應(yīng)力也發(fā)生改變，從而出現(xiàn)新的平衡狀態(tài)。當外加荷載作用卸除后，體系又將回到原來的平衡狀態(tài)。理論分析及試驗證明這種體外預(yù)應(yīng)力梁正截面工作特點與普通鋼筋混凝土梁正截面工作特點相同，破壞時的極限狀態(tài)有以下兩類情況。（1）當梁內(nèi)受拉鋼筋的應(yīng)力達到后，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力達到，或未達到時()，在外荷載略有增長的情況下，梁內(nèi)受拉鋼筋的變形不斷增長，垂直裂縫迅速開展，正截面混凝土受壓高度不斷減小。受壓區(qū)混凝土的應(yīng)變最后達到極限應(yīng)變，使截面失去承載能力。其破壞特點與適筋梁破壞的特點一致。（2）梁內(nèi)受拉鋼筋的應(yīng)力未達到，預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力，受壓區(qū)混凝土應(yīng)力達到后壓碎，其破壞特點與超筋梁正截面的工作特點一致。所以體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁要受超筋條件的限制，如果梁體已是超筋構(gòu)件，施加體外預(yù)應(yīng)力不能提高其抗彎強度，反而降低其延性:如果梁體在施加預(yù)應(yīng)力后成為超筋構(gòu)件，這時再增大體外預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力亦不能提高其抗彎強度。一般設(shè)計的體外預(yù)應(yīng)力混凝土都是適筋梁，分析其極限狀態(tài)應(yīng)該在適筋梁破壞范圍。從抗彎性能分析和設(shè)計的角度講，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力特性與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)類似。在正常使用極限狀態(tài)下，可采用彈性分析方法設(shè)計。但在極限承載力狀態(tài)下，由于預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間可以發(fā)生滑動使得體外預(yù)應(yīng)力鋼束的應(yīng)變與混凝土主梁的應(yīng)變在相同截面上不協(xié)調(diào)，體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力發(fā)展將不同于體內(nèi)束，通常不會達到屈服，從而導(dǎo)致其抗彎能力的削弱。體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力索基本上是折線型的，直線與直線之間由偏轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)向，鋼索管道在偏轉(zhuǎn)處一般采用圓弧線。就預(yù)應(yīng)力混凝土梁而言，體內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與體外預(yù)應(yīng)力索可以布置成完全一樣的形式。按施工方法分，體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)可以分為整體施工與節(jié)段施工兩大類。整體施工的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是基本相同的，它們從施加預(yù)應(yīng)力、受荷至消壓、開裂直至最后破壞的機理也是相似的，兩者的差別主要在構(gòu)造上；節(jié)段施工的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能較為特殊，與整體施工的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的差別較大。 整體施工的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能整體施工的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是基本相同的，但應(yīng)注意以下的區(qū)別：（1）體外預(yù)應(yīng)力索通常布置在箱梁底板之上及頂板之下，故預(yù)應(yīng)力索的偏心距比體內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的偏心距要小。（2）在結(jié)構(gòu)受力變形后，由于體外預(yù)應(yīng)力索與周圍混凝土體是脫離的，結(jié)構(gòu)僅在錨固點與轉(zhuǎn)向區(qū)域?qū)w外預(yù)應(yīng)力索有約束，只有在這些點處鋼索在構(gòu)件截面上的位置是不變的，在其它區(qū)段鋼索在截面上的相對位置將隨構(gòu)件的變形而變化。如圖35所示。由于這個原因，體外預(yù)應(yīng)力索對截面的偏心距會隨著構(gòu)件彎曲下?lián)隙鴾p小，從而減小了預(yù)應(yīng)力的作用，這種現(xiàn)象稱為二次效應(yīng)。要減小體外預(yù)應(yīng)力索的二次效應(yīng)，就必須調(diào)整偏轉(zhuǎn)裝置的位置，使偏轉(zhuǎn)點的間距密一些?！《w內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋布置在構(gòu)件內(nèi)部留的孔道內(nèi)，在每個截面上雖然預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)變與周圍混凝土應(yīng)變不協(xié)調(diào)，但預(yù)應(yīng)力筋沿構(gòu)件長度在截面上的相對位置是固定不變的，與構(gòu)件變形無關(guān)。鋼索與梁體相對變形（e1e2）圖35 a)無轉(zhuǎn)向裝置 b)兩個轉(zhuǎn)向裝置 （3）體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與體內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力及結(jié)構(gòu)極限承載力方面的計算方法是相同的，都可以用傳統(tǒng)的截面強度計算方法計算極限承載力。但考慮到體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)二效應(yīng)的特殊性，在計算體外預(yù)應(yīng)力索極限應(yīng)力時應(yīng)有所不同，可以參照歐洲標準，偏安全地取鋼索的有效預(yù)應(yīng)力為極限應(yīng)力。也就是說，預(yù)應(yīng)力索在結(jié)構(gòu)消壓后沒有應(yīng)力增量。 節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能與整體施工方法的體內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比，采用預(yù)制節(jié)段施工法的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，在構(gòu)件的節(jié)段間存在連接縫，所配置的非預(yù)應(yīng)力筋在接縫處被斷開，使構(gòu)件的抗彎剛度削弱，使其在相同荷載作用下的撓曲更大，也使其力學(xué)性能受到很大的影響。所以，節(jié)段施工體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下的力學(xué)性能，既不同于傳統(tǒng)的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，也不同于整體施工的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。（1）正常使用極限狀態(tài)在節(jié)段拼裝施工的體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中，若完全采用純無粘結(jié)的體外預(yù)應(yīng)力索，即節(jié)塊間沒有粘結(jié)鋼筋通過，則預(yù)制節(jié)塊間的裂縫便難以控制。采用這種施工方法的橋梁結(jié)構(gòu)，當主梁開裂時，裂縫往往集中于節(jié)塊間的連接縫處，若節(jié)塊間采用干接縫連接則這種現(xiàn)象更為明顯。所以，這種結(jié)構(gòu)往往以增加預(yù)應(yīng)力數(shù)量的方法來阻止混凝土裂縫的發(fā)生。美國關(guān)于節(jié)段式混凝土橋梁方面的有關(guān)規(guī)范可供參考。在美國州際公路和運輸工作協(xié)會（AASHTO）1989年出版的《節(jié)段式混凝土橋梁設(shè)計和施工指導(dǎo)性規(guī)范》中，把節(jié)段連接縫分為兩類：一類為預(yù)制節(jié)段間的濕接縫或膠接縫和現(xiàn)澆混凝土接縫