姚建锋

摘 要：在桥梁工程中，体外预应力结构相对于传统的体内预应力结构来说，质量更轻、使用寿命更长也更容易施工和维护，对于桥梁事业的发展提供了很大的动力支持。本文章就主要针对体外预应力混凝土桥梁设计的方法、理论以及在设计过程中需要注意的一些问题进行详细的解说。

关键词：混凝土桥梁设计；体外预应力结构；设计方法

0 引言

体外预应力技术的应用对于桥梁建设的发展提供了很大的帮助，在桥梁的修补方面不仅方便了施工，同时也有效的降低了成本，使桥梁的修补工作得到了很大的提升。虽然我国的体外预应力技术相对于发达国家起步较晚，但是随着经济水平的提高以及研究水平的不断提升，我国在其理论上取的了非常大的进展。现在桥梁建筑不断兴起，对桥梁横截面的承载力的要求也越来越高。而对于有些桥梁承载能力不足这一现象则多采用修补的形式，体外预应力技术就适应了这一要求。

1 体外预应力混凝土技术的意义

体外预应力混凝土结构顾名思义就是对结构施加预应力，而该种预应力则是位于梁体截面外，通过锚具及转向块向结构施加应力，不仅可以有效减少结构自身重量，增加施工速度，同时还可以很方便的对预应力筋的腐蚀程度进行检测，及时对腐蚀较严重的部分进行更换，极大的提高了工作效率，保证了结构的质量。同时，将其用在既有桥梁的加固工作中，可有效改善结构性能，并且在对交通影响方面也要比传统工艺好很多。但由于体外预应力混凝土较容易损坏，而且体外束的应力计算比较复杂，加工费用也比较高，因此实际工程设计中应给予重视。

2 主要的分析方法

在对体外预应力混凝土桥梁的设计过程中，要充分考虑到不同因素对其造成的影响。比如，桥梁结构自身的重量，施工过程中所能承载的负载情况，以及桥梁的初始受力及受力路径等都会对其造成影响，一定要多方面的对工程进行分析和考虑。在工程的施工过程中，受力状态和受力路径都经过了一段非常复杂的变化过程，在此期间桥梁结构非常脆弱，容易受到外界环境的影响，有可能会造成结构的变形。为此，要特别注意每个施工步骤，严格按照规定进行，保证桥梁的设计结构。另外，在桥梁施工完成之后，由于受到不同负载的影响，会对桥梁的结构造成一定的影响，并且随着时间的积累以及不良因素的影响，桥梁的整体结构就会遭到破坏。此时，准确的确定桥梁体外预应力混凝土的受力状况就显的尤为重要。现在，主要用三种方法对其进行分析和研究：

（1）借助计算机程序实现整个受力过程的状态分析。这个是以外预应力桥梁截面的受力平衡以及整个桥梁的变形最小为依据，结合桥梁筋的转向形式、摩擦阻力的滑动状况以及结构的最大形变作为约束条件建立联立方程进行分析。另外，采用该种方法计算体外预应力还需要考虑二次效应的非线性因素对其产生的影响。总体来说该种方法比较复杂，适用范围小，不过精度较高。

（2）借助有限元进行技术分析。该分析方法主要以桥梁试验数据及混凝土钢筋的非线性几何分析原理为依据，对桥梁进行单元划分，借助有限元技术进行桥梁整个过程的受力分析。此种方法不但具有较高的计算精度，同时还能將受力情况详细的描述出来。

（3）利用有限元和计算机程序进行模拟受力。该分析方法也主要以桥梁试数据及混凝土钢筋的非线性几何分析原理为依据，利用有限元方法和空间非线性技术结合计算机进行体外预应力桥梁的受力分析。这种计算方法可以很好的模拟出体外预应力混凝土结构的受力情况，很大程度上提高了分析效率。

3 技术中应关注的问题

虽然体外预应力混凝土桥梁设计的理论已经取得了较大的成果，但是在它的抗弯强度以及延性方面还存在很多问题。

（1）体外预应力筋通常在外荷载的作用下会发生“二次效应”，也就是重心可能相对于桥梁体会发生变化。在进行设计工作以及抗弯强度计算时，为了简化工作程度和计算问题，有时会忽略“二次效应”带来的影响，或者直接将体外预应力筋近似于体内无粘结预应力筋进行处理，这样极大的简化了工作繁琐程度。体外预应力结构以及无粘结预应力混凝土结构在荷载作用下，他的结构强度以及变形相耦合，不能简单的由各个截面的应变相容来确定，这就造成了计算不准确。针对这一问题，必须要先确定体外预应力筋的极限应力，这是目前急需解决的一个问题，只有先解决这一问题，才能更好的实现体外预应力混凝土桥梁的设计工作，增强体外预应力技术的使用范围和安全系数。所以，如何对体外预应力结构受力机理进行分析和解决，是当下许多学者进行研究的方向。

（2）体外预应力技术中存在的另一个问题就是延性问题，这个问题主要是指材料及结构在没有被破坏之前，抵抗非弹性变形的能力。该种能力不仅对结构的抗震性能具有一定的影响，同时在超静定中的弯矩重分布也有非常重要的影响。在通常的混凝土结构以及预应力结构中，截面延性的大小都是依靠截面的曲率延性系数进行衡量。在结构正常使用过程中，结构承载能力的延性与结构的强度以及结构的极限承载能力都是判定结构好坏以及其质量的重要指标。为了保证结构能够具有良好的延性性能，在桥梁结构的设计过程中，需要采用限制破坏时截面受压区高度或配筋指标等措施。然而在计算该指标的过程中，体内预应力筋以及体外预应力筋的极限应力是一个必不可缺的数值，一般来说会采用试验或取下限的方法来进行确定，不过该种方法有可能造成计算的延性性能偏高，不能正确反映出结构的实际延性。体外预应力混凝土结构以及体内粘结预应力混凝土结构的延性性能不尽相同，目前对其的研究还比较少，也还停留在较浅的层面。为此，在日后的工作中要增加对这一领域的研究。

4 结语

随着桥梁事业的不断发展，体外预应力结构以其方便的施工工艺，优良的工作效果越来越受到人们的重视，同时，也为桥梁技术的发展和巩固创造了良好的基础。只要加强对体外预应力混凝土桥梁设计方法的监督和实施，就能更好的帮助施工单位提高桥梁的施工质量和工作水平，使桥梁技术能够得到更多的应用和发展。

参考文献：

[1]梁晓飞.体外预应力混凝土桥梁设计理论与方法研究[D].长安大学，2005（04）.

[2]张威.体外预应力技术在混凝土桥梁建设中的应用[D].天津大学，2007（08）.

[3]刘畅.体外预应力混凝土桥梁研究现状浅析[J].商品与质量，2012（05）.

[4]王欣.关于体外预应力混凝土桥梁设计分析[J].交通建设与管理，2013（06）.