摘要：体外预应力加固是一种新颖的工程结构加固枝术，应用于桥梁加固工程具有可减小桥梁变形与装缝、消除应力滞后、不影响交通及布置方式灵活等优点。文中介绍了体外预应力加固技术的发展历程，详细论述了该技术的研究现状，探讨了目前研究中的不足，提出了今后研完工作的重点。
近10 多年来，我国桥梁建设发展较快，一大批具有世界水平的大型、特大型桥梁的成功建成标志着我国桥梁建设正缩小与西方发达国家的差距。但在大量桥梁建成的同时，由于材料老化、车载提高和交通量猛增等因素，许多旧桥正在变成病桥、危桥，严重阻碍了交通建设的发展，威胁人们的生命财产安全。随着国内外多起旧桥垮塌事件的发生，国家对桥梁的整治改造和加固日益重视，因此，研究具有优越性能的桥梁加固技术具有重要的现实意义。
1 体外预应力技术用于桥梁加固的历史
体外预应力技术是指预应力筋布置在结构构件截面之外的预应力技术，是后张预应力体系的重要分支之一。体外预应力技术早期曾应用于加固工业与民用建筑，前苏联在这方面做了较多工作。但由于预应力筋转向块构造设计困难、耐腐蚀性差，体外预应力技术加固桥梁的维修养护费用很高，未能体现其工程应用上的优越性，因而在20 世纪60 年代前未能在桥梁工程中得到推广。随着技术的进步，60年代后期，体外预应力筋耐久性及构造设计的一些问题部分得到解决，为体外预应力技术的进一步发展奠定了基础，尤其70 年代美国和法国大量的桥梁加固为体外预应力技术的快速发展提供了难得的契机。通过在桥梁加固中应用体外预应力技术，积累了实践经验并获得重要参考数据，进一步完善了设计理论，为在建设新桥梁时重新考虑使用体外预应力技术提供了依据。
20世纪80年代后，防腐技术得到进一步提高，美国、法国大量采用体外预应力技术建造和加固桥梁，现今世界上许多国家开始在桥梁工程领域广泛使用体外预应力技术。采用体外预应力技术结构可在不影响正常使用的情况下调整体外预应力束的应力，甚至更换体外预应力束，从而延长结构使用寿命。另外，体外预应力筋布置灵活，可应用于多种形式的桥梁结构，并与传统桥梁施工方法结合形成新的高效、安全的施工方法。因此，可以预见体外预应力技术将会比目前更广泛地应用于桥梁工程加固、施工及新桥梁的设计。
国内外体外预应力技术用于桥梁加固方面的实践证明，该技术可保证结构的整体性，新旧体系协同工作良好;克服了其他方法加固时加固材料存在的应力滞后问题，而且采用体外索加固桥梁不影响通车，还可减小挠度和裂缝宽度，提高桥梁承载能力.
由于体外预应力体系布置灵活，不仅可用来加固简支梁桥和连续梁桥，还可用来加固拱桥和刚构桥等; 不仅可用来改善梁的受弯性能，还可用来改善构件的抗剪性能;不仅可用来进行整体桥梁加固，而且可用于桥梁局部加固;不仅可用来加固桥梁的梁部结构，也能用于加固桥墩及索塔等部位，具有良好的加固效果及广阔的应用前景。
2 体外预应力技术的研究状况
2.1 国外研究状况
1995年，Tan K.H等通过对6根相同体外预应力钢筋硷T形梁的实验，研究了转向块和力筋外形(力筋截面积、预拉力和偏心)对梁在荷载作用下行为的影响，并对用体外预应力加固的砼梁进行了研究。结果表明，体外预应力对砼抗弯构件来说是一种非常有效的加固方法，如果采用相对适当的配筋量，梁体的抗弯强度最大可提高146%，同时并不降低梁体破坏时的延性;体外预应力还可减小裂缝宽度和梁体在活载作用下的挠度，提高疲劳强度。
1996 年 ，HiroshiMutsuyoshi等对体外预应力砼梁进行了试验研究，考虑预应力筋的偏心距减小所引起的二次影响、体内有粘结普通钢筋的配筋率及加载模式对预应力筋应力增量的影响，提出了体外预应力砼梁极限状态下预应力筋应力增量的计算公式。
1997 年 ，Kiang-HweeTan和Che-Khoon Ng 通过试验分析了6片T形钢筋硅梁用体外预应力加固后的抗弯强度，提出了体外预应力砼梁极限状态下预应力筋应力增量的计算公式。1998年，他们又通过试验分析了7片预应力筋沿梁长直线布置的T形梁，每片梁在跨中设置转向块，并采用压、拉杆模型来分析加固构件的破坏形式和极限强度，发现此计算模型能准确预测体外预应力硷梁的极限强度和破坏形式。
1999 年 ，M.Harajil等通过编制计算机程序，研究了体外预应力砼梁的非线性力学行为，通过参数化研究方法，评估了体外筋的预拉力、转向器的设置等参数对体外预应力硅梁强度和变形的影响。
2001 年 ，Kiang-HweeTan等对在跨中局部用体外预应力加固的简支梁进行了试验研究，计算出体外预应力筋临界长度的影响因素，证明局部用体外预应力加固不会影响梁的极限强度及挠度、裂缝行为，能降低荷载作用下偏心距减小的二次效应，并能获得更好的经济效果。
2004 年，Gahlab等对体外预应力筋在任意荷载作用下的应力计算进行研究，提出简单的计算公式，与试验结果对比具有良好的准确率和精确度。
2005年，Park、YoungHoon等对体外预应力加固实桥进行了研究，加固桥梁为已使用23 年的板梁桥，加固运营4年后，对体外预应力筋的预应力损失与加固完成时进行比较，并进行了动静载试验。研究发现，体外预应力筋的长期预应力损失对承载能力的影响可以忽略.在试验车辆荷载作用下，加固后跨中挠度减小了10%~24%，当加载车辆在边梁行驶时.梁体的挠度有不同程度的降低，并随车速的增加，差别增大.但加固并没有显著影响桥梁的动力回应。
2.2 国内研究状况
自20世纪80 年代以来，我国对体外预应力加固技术进行了多项试验，取得了许多非常有价值的科研成果。90年代，东南大学以吕志涛教授为首的课题组运用试验方法对体外预应力加固进行了研究，通过梁的正截面抗弯加固、梁的抗剪加固试验研究和分析计算，对预应力加固梁进行了较系统的研究，提出了预应力加固的设计计算方法。
1992 年 ，铁道部进行了一批体外预应力梁的试验，牛斌等利用试验结果，建立了体外预应力砼梁全过程非线性分析的计算方法和相应的计算机程序。
2000年 ，牛斌假设体外预应力砼梁破坏时，在最大弯矩截面附近形成一个塑性区，将这个塑性区理想化为一个铰，并基于塑性铰理论提出了体外预应力砼梁极限状态的计算方法。
1997年 ，黄乔等进行了12 片钢筋砼T梁体外预应力加固室内试验，分析了体外索加固体系的极限破坏机理，并建立了极限强度计算方法。
2001 年，应惠清、贾宏强等进行了10片体外预应力加固简支梁的试验，得出体外预应力加固梁的受力性能与无粘结部分预应力砼相似，可以采用等效荷载法来进行其极限承载力计算;当梁在临近极限状态时，应力增量很大，因此，预应力张拉控制应力不宜太大;加固设计时，应考虑预应力偏心距变化的影响
2003 年 ，徐海军等建立了体外预应力砼桥梁非线性有限元分析模型，除了考虑一般硅结构具有的材料非线性和几何非线性外，还考虑了体外预应力砼结构特有的二次效应以及预应力筋在转向块处的滑移，并对体外预应力筋在多个转向块处发生滑移的情况给出了分析方法，编制了面向对象的有限元分析程序EPA，对体外预应力硷梁的弯曲性能进行了分析。
2004 年 ，王景全等运用《混凝土结构加固设计规范》(CECS25:90)和《公钢筋混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)的计算方法，结合现有研究成果和工程实践经验，编制了可视化的体外预应力结构加固设计软件，提供支持矩形、T形截面梁的体外预应力受弯加固。但是该软件将二次效应与预应力筋增量采用一个安全系数的方法综合考虑，由用户根据经验确定，实际运用中存在一定困难。
90年代末，同济大学与柳州市建筑机械总厂联合研发出一种新型体外预应力体系，该体系可进行单根张拉和单根换索，自由段无灌浆，外套管可自由拆卸，解决了转向装置的广泛适用性和对无粘结钢绞线可能发生的损伤问题。
3 体外预应力加固技术研究的不足
3.1 现有研究范围
从国内外研究情况来看，对体外预应力加固技术的研究主要集中在以下方面：
1）体外预应力加固梁破坏形式的研究。
2）体外预应力加固梁承载力计算的研究，主要集中于正截面承载力的计算，对斜截面承载力的研究则不多见。研究方法大致分为两类:
第一类是根据弹塑性力学原理和构件几何分析等方法，采用类似体内预应力硅结构的截面分析方法对结构的最不利截面进行计算，从而得到结构的承载力计算公式。
这种方法有许多假设，是一种简化的计算方法。第二类是采用非线性有限元方法，结合体外预应力砼结构的特点，建立有限元模型，并编制有限元程序进行计算。这种方法考虑了部分非线性因素的影响。
但没有综合各种影响因素对加固结构的力学行为作出比较完整的评述，更没有从实用的角度给出体外预应力加固砼结构的设计方法和设计建议。
3）体外预应力筋应力的计算，包括体外预应力筋预应力损失和应力增量的计算、二次效应对加固桥梁承载能力的影响以及体外预应力筋在转向位置的滑移等.与承载力研究相对应，这方面的研究也可分成两类:一类是在大量试验研究和分析的基础上，建立计算模式;另一类是采用非线性分析方法进行计算。
4）转向装置和锚固装置等局部构造的研究。
5）体外预应力加固结构动力行为的研究。
3.2 研究中的不足
虽然国内外对体外预应力体系进行了许多试验研究，但体外预应力加固梁桥的加固机理与设计理论还未成熟，特别是对七八十年代修建的大量中小跨径梁桥缺乏广泛适用的加固标准;对于体外预应力筋的锚具和转向装置的构造细节及受力分析在我国现行标准和规范中尚无明确、具体的规定，有关试验研究也不多见。因此，将体外预应力加固技术广泛地应用于我国桥梁加固工程，还需进行大量研究。
但可以确定的是.随着研究与实践工作的不断发展，体外预应力加固技术必将为我国桥梁建设事业作出重要贡献。
