體外預應力技術是后張預應力體系的分支，是無粘結預應力結構技術的一種。它對置于混凝土截面之外的預應力筋進行張拉，通過體外筋端部錨具和轉(zhuǎn)向塊將預應力傳遞給混凝土結構。由于體外預應力技術具有結構自重輕，預應力筋替換、維護方便，預應力損失和應力變化幅度小，施工工期短，混凝土質(zhì)量高、耐久性強等優(yōu)點，已被廣泛地應用于混凝土橋梁結構的加固維修。
1 體外預應力的概念與體系
體外預應力是指對布置于承載橋梁結構本體之外的鋼束張拉而產(chǎn)生預應力。設計時僅把鋼束錨固區(qū)域設置在橋梁結構本體內(nèi)，轉(zhuǎn)向塊可設在橋梁結構體內(nèi)或體外。
體外預應力體系由體外預應力管道(高密度聚乙烯管HDPE或鋼管等)、漿體（防腐油脂或水泥漿體）、錨固體系和轉(zhuǎn)向塊等部件組成。體外預應力體系分為有粘結體外預應力體系和無粘結體外預應力體系。有粘結預應力體系是將鋼鉸線穿入孔道內(nèi)張拉后，向孔道管內(nèi)灌入水泥漿。無粘結預應力體系的體外預應力筋由若干單根無粘結筋組成，將單根無粘結筋平行穿入管內(nèi)，張拉之前，先完成灌漿工藝，由水泥漿體將單根無粘結筋定位，張拉后不灌入水泥漿。
2 體外預應力加固的組成構造特點及作用機理
2.1 組成構造特點
橋梁體外預應力加固體系的形式是多種多樣的。從構造形式上看，該體系主要由以下幾部分組成：水平筋、斜筋、上錨固點、滑塊、U形承托、水平筋固定支座。
(1) 體外預應力索、管道和灌漿材料
體外預應力體系采用的預應力索一般由鋼鉸線組成，包括與體內(nèi)預應力混凝土結構完全相同的普通鋼鉸線以及鍍鋅鋼鉸線或外表涂層和外包PE防護的單根無粘結鋼鉸線。體外預應力索管道主要起防腐作用，它通常有兩種形式：一是全部采用鋼管道，二是鋼管與高密度聚乙烯管道相結合的方式，即除在錨固段及轉(zhuǎn)向彎曲段采用鋼管外在其它直線段均采用高密度聚乙烯管道。
體外預應力索管道的灌漿材料可分為剛性灌漿材料和非剛性灌漿材料。剛性灌漿材料通常指水泥非剛性灌漿材料（如油脂和石蠟）。水泥灌漿是最簡單和常用的，它可以適用于與結構有離散粘結的體外預應力結構，也適用于與結構完全無粘結的體外預應力結構。而油脂和石蠟通常用在由普通鋼鉸線和鋼管道組成的預應力系統(tǒng)中，以達到鋼索與結構無粘結的目的。
(2) 體外預應力索的錨固系統(tǒng)
體外預應力索的錨固體系一般可分為可更換和不可更換兩大類。在可更換的體外預應力錨具中又包括鋼索無法放松和可放松兩種類型。使用無法放松的鋼索可以是普通的鋼鉸線也可以是單根無粘結鋼鉸線。使用普通鋼鉸線時在管道中灌注非剛性灌漿材料（油脂或石蠟），使用無粘結鋼鉸線時管道中一般灌注水泥漿。但兩種類型的錨具中均使用防腐材料填密而不使用水泥漿以滿足鋼索可更換的要求?？煞潘傻念愋驮阱^具后需預留一定長度的鋼索以滿足鋼索放松的需要，這種錨具的體外預應力索只能是無粘結鋼索。
(3) 體外預應力索的轉(zhuǎn)向裝置
體外預應力索的轉(zhuǎn)向裝置是體外預應力索在跨內(nèi)唯一與混凝土體有聯(lián)系的構件，起體外預應力索轉(zhuǎn)向的重要作用。圖1～圖4是體外預應力混凝土結構中最常見的轉(zhuǎn)向裝置。
圖1為塊狀式轉(zhuǎn)向構造，只能承受鋼索的豎向分力，大量應用于跨徑較小、采用階段施工的體外預應力混凝土結構。圖2為底橫肋式轉(zhuǎn)向構造，能承受體外預應力索產(chǎn)生的橫向水平分力。轉(zhuǎn)向構造的混凝土在箱梁底板上是貫通的，這種構造常用于斜、彎的體外預應力結構。圖3為能承受較大鋼索分力的橫豎肋式轉(zhuǎn)向構造，豎橫肋把鋼索的轉(zhuǎn)向力傳至箱梁腹板和上梗腋。由于箱梁采用斜腹板，橫肋在底板用另一根橫梁貫通以承受轉(zhuǎn)向構造產(chǎn)生的水平分力。若豎向和橫向的橫肋全部加寬，這樣的轉(zhuǎn)向構造就成為轉(zhuǎn)向橫梁，常用于鋼索轉(zhuǎn)向力特別大的結構中。圖4為由較輕的鋼構件組成轉(zhuǎn)向鞍座的鋼鞍座式轉(zhuǎn)向構造，鋼板用于傳力和定位，斜桿和水平桿的合力用于抵消體外鋼索在轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生的豎直及水平分力。這種輕型鋼鞍座轉(zhuǎn)向構造使用靈活、方便也可用于加固結構中。由于轉(zhuǎn)向鋼管要承受鋼索所產(chǎn)生的向上彎折力，一般需要壁厚較大的鋼管。
2.2 作用機理
根據(jù)受力特點，可將體外預應力結構分為施加預應力階段和活載作用兩個階段進行受力分析。
(1) 施加預應力階段
現(xiàn)以斜筋和水平筋由兩塊粗鋼筋組成的情況為例來分析體外預應力結構在施加預應力階段的受力情況。在這種情況下，應先將斜筋和滑塊相連接，并固定斜筋的上端。在張拉水平拉桿時，由于千斤頂?shù)耐屏ψ饔檬沽旱變苫瑝K產(chǎn)生相向滑動，這種相向滑動使得斜筋受拉并伸長，同時在滑塊和墊板之間產(chǎn)生豎向壓力和摩阻力，直到水平筋的拉力達到控制值。此時滑塊達到平衡位置，隨即將水平筋錨固（圖5）。斜筋產(chǎn)生的水平分力對梁施加偏心壓力，其豎向分力則對梁體產(chǎn)生負彎矩和負剪力。這些預加力使梁體內(nèi)儲備了一部分抗力，可以部分地抵消外荷載引起的內(nèi)力，從而提高原梁的承載力。
(2) 活載作用階段
活載作用時，梁體產(chǎn)生彎曲變形，水平筋中的拉力增加，并使斜筋中的拉力、墊塊對梁體的正壓力及摩阻力均發(fā)生變化。由于體外預應力結構的構造形式不同，特別是滑塊的構造不同，直接影響各拉桿內(nèi)力增量間的平衡關系。如按有水平移動的滑塊或無滑塊情況考慮，取滑塊為隔離體（對無滑塊情況，相當于取彎折點處的一小段鋼索為隔離體），受力圖示如圖6所示。
圖中：
Xp為水平筋中的拉力增量；X`為斜筋中的拉力增量； T
x滑塊與梁底墊塊間的摩阻力，T
x=f
oN；D
x為斜筋力的豎向分力，D
x=X`sin
α；Nx為斜筋力的水平分力，
Nx=X`cosα；N為梁底對滑塊的正壓力，N=D
x 。
3 常見的體外預應力加固方法及施工工藝
采用體外預應力對梁式橋上部結構進行補強加固，其作法是在梁體下緣受拉區(qū)設置用粗鋼筋形成的預應力拉桿或預應力鋼束，通過張拉對梁體產(chǎn)生偏心的預應力，在此偏心壓力作用下梁體上拱，荷載撓度減小，改善了結構的受力，從而提高了結構承載力。
3.1 下?lián)问筋A應力拉桿（粗鋼筋）加固法
當橋下凈空許可時，可采用在梁下設置預應力拉桿（粗鋼筋）體系進行補強，也可將粗鋼筋錨固在從梁端數(shù)起的第二道橫隔板上，改變支撐點的位置和調(diào)整拉桿中的拉力以滿足承載力的要求。
(1) 橫向收緊張拉法
作為拉桿的粗鋼筋分兩層布置在梁肋底面兩側(cè)，在靠近梁端適當位置上彎起，與固定在梁端的鋼制U形錨固板焊接。粗鋼筋彎起處用短鋼筋支撐，縱向每隔一定間距設一道撐棍和鎖緊螺栓。通過收緊器將拉桿橫向收縮收緊而使拉桿受力，從而在梁體中產(chǎn)生預壓應力。
(2) 縱向張拉法
當采用縱向張拉法補強加固時，拉桿鋼筋沿梁底部布置，兩端向上彎起，它與橫向收緊張拉法不同之處在于，拉桿兩端彎起段通常都穿過翼緣板上的斜孔伸至橋面，拉桿端部設有絲扣，用軋絲錨錨固于梁頂?shù)腻^固槽內(nèi)，對拉桿鋼筋施加預應力可以用旋緊螺帽，端部用張拉千斤頂張拉，拉桿中間設置法蘭螺絲收緊扣及電熱張拉等手段完成。
(3) 組合式預應力補強拉桿加固法
這是既布置水平補強拉桿，也布置有下?lián)问窖a強拉桿的組合式體外預應力加固方法。
(4) 豎向頂撐張拉法
在梁端底部設置U形鋼錨固板，沿梁底設置拉桿，拉桿兩端焊在鋼錨固板上，在梁的1/4跨徑及跨中（或跨間橫隔板）位置設置張緊夾具，張緊夾具安裝在固定于梁腹或橫隔板上的承托架上給拉桿施加預應力，當拉桿達到設計應力值后，用鋼筋混凝土墊塊在拉桿與梁底面楔緊，以固定拉桿位置并保持張拉力，卸除張緊夾具和承托架并做好拉桿的防銹處理。
3.2 體外預應力鋼絲束加固法
一般沿梁肋側(cè)面按某種曲線（拋物線等）線形設置預應力鋼絲束。為保持曲線線形并固定鋼束位置，在梁底每隔一定間距（50～100cm）設置一個定位箍圈（有梁底向上兜），或者在梁肋側(cè)面埋設定位銷。鋼絲束的兩端頭則穿過梁端翼緣板上的斜孔伸至梁頂錨固。為防止鋼絲束銹蝕，預應力鋼絲束應放在保護導管內(nèi)或張拉后在鋼絲束周圍用混凝土包裹。
4 結語
橋梁體外預應力加固是對橋梁結構施加體外預應力，以預加力產(chǎn)生的反彎矩抵消部分外荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，它可以改善舊橋使用性能、提高極限承載能力、降低鋼筋應力幅值及控制裂縫，能較好地滿足使用荷載的要求，增加結構的使用年限和耐久性，加固效果好且施工質(zhì)量易控制，是一種十分理想的加固方法，具有廣闊的發(fā)展前景。
