【正文】 設(shè)計是不安全的。167。44體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件實用設(shè)計方法用體外預應力筋加固的簡支梁實際上是一個帶柔性拉桿的內(nèi)部超靜定混合體系。這種體系的最大特點是預應力筋與梁體混凝土之間無粘結(jié)。同一截面內(nèi)的預應力筋與混凝土之間不存在簡單的變形協(xié)調(diào)關(guān)系。在外荷作用下，體外預應力筋的伸長取決于兩個錨固點間梁體的總變形。體外預應力筋的應力，取決于梁體混凝土變形的發(fā)揮。一般情況下，在極限狀態(tài)時體外預應力筋的應力達不到材料強度設(shè)計值。體外預應力加固設(shè)計的很多特殊問題都是從這一點引發(fā)的。一、活荷載作用下體外預應力筋應力增量計算體外預應力加固體系結(jié)構(gòu)分析的核心問題是求解活載作用下體外預應力筋的應力增量，一般采用力法求解。我們在近年開展的體外預應力混凝土橋設(shè)計理論與施工技術(shù)課題研究中，提出了利用能量變分原理計算體外預應力筋應力增量的方法[3]。分析中將體外預應力體系看作是混凝土梁和體外預應力筋組成的組合體系，充分考慮了混凝土梁與體外預應力之間的相互作用，因而其計算結(jié)果更為精確，但計算過程較繁。為了滿足實際設(shè)計工作的需要，我們在理論分析的基礎(chǔ)上，對公式進行簡化處理。對圖42所示的折線形布索情況，給出了用能量變分法求解活荷載作用下體外預應力筋應力增量的實用簡化計算公式。 （416）式中：——跨中截面活載彎矩標準值；——按全截面參加工作計算的原梁換算截面慣性矩；——原梁鋼筋與混凝土的彈性模量之比；——體外預應力筋的“假想替換”偏心距，其數(shù)值與布索形式有關(guān)，可按下式計算： （417）——體外預應力筋兩轉(zhuǎn)向點間的距離與梁的跨徑之比；——跨中水平段體外預應力筋合力作用點至原梁換算截面重心軸的距離；——支點截面處體外預應力筋錨固點至原梁換算截面重心的距離。圖42 體外預應力體系計算簡圖二、體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件應力驗算體外預應力加固橋梁構(gòu)件一般均采用帶載加固，其正截面應力應按兩階段受力構(gòu)件計算。1．預施應力階段的應力驗算加固前作用的恒載由原梁承擔，截面應力可按開裂的鋼筋混凝土彈性體計算：上邊緣混凝土的應力： （418）縱向受拉鋼筋的拉應力： （419）式中：MGK——恒載彎矩標準值； J01——按開裂的鋼筋混凝土截面計算的原梁換算截面慣性矩；x01——開裂的鋼筋混凝土換算截面重心軸至截面受壓邊緣的距離。預加力引起的截面應力按材料力學公式計算： （420）式中：Npe——體外預應力筋的有效預加力，式中為體外預應力的應力損失，其中包括，轉(zhuǎn)向處管道（或滑塊）的摩阻損失，錨具變形損失和鋼筋應力松馳損失，其數(shù)值可按橋規(guī)JTG D62給出的公式計算。對加固構(gòu)件可不考慮混凝土收縮與徐變引起的應力損失。由于體外預應力筋的應力損失較小，張拉控制應力不宜過高。A0,J0——按全截面參加工作計算的原梁換算截面面積和慣性矩；ep——體外預應力筋相對于按全截面參加工作計算的原梁換算截面的偏心距；y0——所求應力點至按全截面參加工作計算的原梁換算截面重心軸的距離。按上述式求得的恒載和預加力作用下的截面應力迭加后應符合下列規(guī)定：（1）預加力作用后截面上邊緣不得消壓，即應滿足： （421）式中：——按公式（420）求得的截面上邊緣的拉應力。（2）預加力作用后，截面下邊緣的裂縫閉合，將抵消部分預壓應力，剩余的預壓應力近似地按下式計算： （422）式中：——按公式（420）求得的截面下邊緣的預壓應力； ——混凝土抗壓強度標準值。2．使用荷載作用階段的應力驗算活荷載（包括加固后作用的附加恒載）由加固后形成的梁索組合體系承擔。首先應按組合體系求解活荷載作用下體外預應力筋的應力增量（公式416），然后將預加力增量和二荷載引起彎矩，作用于基本結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土梁上，按下列方法計算截面應力：（1）正截面法向應力驗算活載（包括加固后作用的附加恒載）引起的混凝土截面法向應力為 （423）原梁縱向受拉鋼筋的應力增量為 （424）式中：——活載引起的體外預應力筋的拉力增量，式中按公式（416）計算；——活載彎矩標準值（包括加固后作用的附加荷載彎矩）；——所求應力點至按全截面參加工作計算的原梁換算截面重心的距離；——原梁受拉鋼筋與混凝土的彈性模量之比；——原梁受拉鋼筋重心至按全截面參加工作計算的換算截面重心的距離。按上述公式求得的活載應力與加固前的恒載應力及預壓應力迭加后，應符合下列規(guī)定：（1）截面上邊緣混凝土的壓應力 （425）式中：——按公式（423）求得的活載引起的截面上邊緣壓應力。（2）截面下邊緣混凝土的拉應力（a）全預應力混凝土構(gòu)件，下邊緣不得消壓，即應滿足 （426）（b）部分預應力混凝土A類構(gòu)件，應滿足 （427）式中：——按公式（423）求得的二期荷載引起的截面上邊緣壓應力；——按公式（423）求得的二期荷載引起的截面下邊緣拉應力；——混凝土抗拉強度標準值。（3）原梁鋼筋的應力 （428）式中：——按公式（320）求得的由預加力引起的原梁鋼筋重心處混凝土的預壓應力。（4）體外預應力筋的應力當采用鋼絞線，鋼絲時，當采用高強粗鋼筋時， （429）式中：——活載引起的體外筋應力增量，按公式（416）計算； ——體外預應力筋的有效預應力； ——體外預應力筋抗拉強度標準值。應該指出，在體外預應力加固設(shè)計中，很少出現(xiàn)加固后仍開裂的部分預應力混凝土B類構(gòu)件控制設(shè)計的情況，因為這樣的設(shè)計對改善原梁的裂縫效果不明顯，加固的意義也就不大了。（2）斜截面主應力驗算體外預應力加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面主應力驗算，可參照橋規(guī)JTG D62給出的一般預應力混凝土有關(guān)公式進行，但應考慮分階段受力特點和活載引起的體外預應力增量的影響。主應力可按下式計算 （430）式中：——在預加力及使用荷載作用下，計算主應力點處的法向應力，其數(shù)值分別參照公式（418）、（423）、（420）計算；——在體外預加力豎直分力和活載應力增量的豎直分力及使用荷載剪力（）作用下，計算主應力點處的剪應力，其數(shù)值可按下式計算： （431）——計算主應力之水平纖維以上（或以下）部分截面對按全截面參加工作的原梁換算重心軸的面積矩。按公式（330）求得的主應力應滿足下列要求：主壓應力 （432）主拉應力 （433）式中：——為混凝土的抗壓及抗拉強度標準值。三、體外預應力加固的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件承載力計算1．體外預應力筋極限應力的合理取值前已指出，體外預應力筋的應力取決于混凝土梁變形的發(fā)揮。在一般情況下，極限狀態(tài)時體外預應力筋的應力達不到材料的強度設(shè)計值。因而，體外預應力筋極限應力合理取值是體外預應力混凝土梁承載能力極限狀態(tài)的核心問題。極限狀態(tài)下，體外預應力筋的應力發(fā)揮程度與梁的高跨比，混凝土強度等級，以及預應力和非預應力筋的配筋率有關(guān)。世界各國設(shè)計規(guī)范給出的體外預應力筋（包括無粘結(jié)預應力筋）極限應力取值公式很多，大多數(shù)都是根據(jù)試驗結(jié)果確定。近年來，我國建筑科學研究院開展無粘結(jié)預應力混凝土研究，突出強調(diào)了非預應力筋配筋率對梁的破壞狀態(tài)及無粘結(jié)筋極限應力的重要影響。我國頒布的無粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ9293規(guī)定，無粘結(jié)筋的極限應力按下列公式計算：① 對高跨比L/h≤35，且≤ （434）② 對高跨比L/h≥35，且≤ （435）式中：——綜合配筋指標。 （436）我們近期開展的20片體外預應力梁試驗研究表明，上述針對無粘結(jié)預應力筋建立的極限應力計算公式，原則上亦可用于體外預應力混凝土結(jié)構(gòu)，理論計算值與試驗吻合較好。特別是對體外預應力加固體系，原梁的配筋率對梁的破壞狀態(tài)和體外索極限應力取值有重要影響，采用考慮了非預應力筋影響的公式（437）和（431）計算極限應力更為合理。2．正截面抗彎承載力計算抗彎圖43 體外預應力混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計算圖式體外預應力極限應力確定后，其正截面承載能力可按一般預應力混凝土結(jié)構(gòu)計算，承載能力計算的基本方程式由內(nèi)力平衡條件求得： （438） （439）公式的適用條件：式中：為原梁受拉鋼筋的混凝土受壓區(qū)高度界限系數(shù)，對R235鋼筋（Ⅰ級），?。粚RB335鋼筋（Ⅱ級），取。3．斜截面抗剪承載力計算體外預應力加固的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的斜截面抗剪承載力，可參照167。33給出的公式（414）計算，但應考慮傾斜段體外預應力筋豎直分力的影響，即在公式（44）等號的左側(cè)，增攔一項，式中為體外預應力筋的傾斜角。四、體外預應力加固的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件變形計算體外預應力加固體系基本結(jié)構(gòu)——鋼筋混凝土梁的變形包括：（1）恒載彎矩MG產(chǎn)生的撓度fg；（2）有效預加加力Npe產(chǎn)生的反拱fp；（3）活載彎矩（不計沖擊力）產(chǎn)生的撓度fq；（4）活載引起的體外索拉力增量（不計沖擊力）引起的反拱fAN。上述各項撓度值可按結(jié)構(gòu)力學方法計算，但不同受力情況的剛度取值不同。恒載撓度fp按加固前開裂的鋼筋混凝土構(gòu)件計算，剛度取，式中J01為按開裂的鋼筋混凝土構(gòu)件計算的換算截面慣性矩。在有效預加力作用下，梁全面參加工作，剛度取，式中J0為按全截面參加工作計算的換算截面慣性矩。在活載作用下梁體可能處于開裂狀態(tài)。開裂前后截面剛度取值不同，其變形應分別計算。在開裂彎矩作用下，剛度取；在作用下，剛度取。對加固構(gòu)件而言，一般情況下原梁混凝土已經(jīng)開裂，只考慮預加力提供的開裂彎矩可按下式計算： （441）式中：——在消壓力作用下截面受拉邊緣的預壓應力，其數(shù)值可參照公式（420）計算，近似地取?；钶d彎矩（不計沖擊力）產(chǎn)生的撓度按下式計算： （442）活載引起的體外索拉力增量引起的反拱，嚴格講按開裂前后的不同剛度分別計算。但因相對較小，近似地按不開裂截面計算，其計算表達式為： （443）式中：為體外預應力筋傾斜角。這樣，由活荷載彎矩引起的總撓度為，其數(shù)值不應超過規(guī)范規(guī)定的限值。 31