体外预应力技术在大跨连续刚构桥加固中的应用
摘要：针对连续刚构桥普遍出现跨中长期下挠和梁体开裂等病
害，提出了以适当改善桥梁的桥面线形，缓和并抑制跨中下挠，适
当提高构件承载能力，抑制裂缝的扩展为加固目标的体外预应力加
固技术；并总结了体外预应力加固技术的不足并展望了其发展前
景。
关键词：体外预应力 连续刚构桥 跨中下挠 梁体开裂
在役连续刚构桥普遍出现跨中长期下挠和梁体开裂（包括腹板
斜裂缝、顶底板纵向裂缝、底板横向裂缝）等病害，这严重降低了
结构的刚度和承载能力，甚至影响桥梁结构安全[1]，如表1所示。
针对大跨连续刚构桥的病害特点，应以适当改善桥梁的桥面线形，
缓和并抑制跨中下挠；适当提高构件承载能力，抑制裂缝的扩展为
加固目标。
目前，桥梁常见加固技术主要包括：施加体外预应力、增大断
面、黏贴钢板、补焊钢筋和黏贴碳纤维布等。体外预应力加固技术
属于主动加固的一种。采用体外预应力加固技术，结构受力明确，
加固效果好，加固质量可控，可以减少或限制结构的裂缝和其他变
形；对桥梁营运使用的影响较小，可在不限制通行的条件下完成加
固施工。该技术是当前最积极最有效的刚构桥加固方法之一[2]。
一、体外预应力加固技术
体外预应力加固技术，是采用布置在梁体外部（或箱梁内部）
具有防腐保护措施的预应力筋，对梁体施加预应力，通过预加力产
生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，从而能够提高桥梁结构承
载能力，改善桥梁结构受力环境，达到桥梁加固的目的。这里着重
介绍一下体外预应力筋面积的确定、体外预应力筋的布置和体外预
应力技术在大跨连续刚构桥加固中的应用。
二、体外预应力筋面积的确定
体外预应力筋面积的确定是加固工作的关键，布置原则是按使
用荷载作用下截面受拉边缘保持较大压应力储备的全预应力构件
受力要求，并考虑腹板、顶板、桥面系加固可能引起的结构自重增
加的不利影响，然后进行布置。
可以把桥梁病害出现的原因归结为预应力损失的增大，而体外
预应力束配筋面积不可能同时满足各截面预应力损失的补偿，但可
以通过调整体外预应力束中心与箱梁的截面形心之间的距离达到
加固设计目的。因此，可以采用基于预应力损失补偿的加固设计法
快速、高效地确定加固目标。
基于预应力损失补偿的加固原理是根据桥梁结构检测报告建立
与桥梁结构现状相符的结构损伤模型，确定预应力损失系数φ。然
后根据跨中底板预应力束的面积sn和纵向预应力损失系数φ可确
定所需体外预应力束的面积st：
三、体外预应力筋的布置及注意事项
对于大跨预应力混凝土连续箱梁桥，其体外索具体的布置方式，
应综合考虑桥梁所表现出来的承载力不足，以及裂缝开展和挠度等
因素，以改善桥梁在正常使用过程中所表现出来的病害。对于大跨
连续刚构桥，一般情况下体外索的布置采用折线的形式，在支点附
近设置顶板束在跨中附近设置底板束。由于体外索的面积不可能弥
补箱梁所有截面纵向预应力的损失，同时为了避免应力的集中，因
此将体外索分批转向来适应箱梁沿纵向各截面的受力变化[3]。
大跨径混凝土钢构桥加固施工时，为了保证加固效果，除了选
择成熟可靠的体外预应力体系之外，还应注意以下一些关键问题
[4]：（1）转向块应当设置在刚度大变形小的区域并且尽量靠近跨
中，以增加抵抗下挠的效率。（2）转向块尽可能靠近腹板设置，以
便通过在腹板植筋克服体外预应力筋张拉后产生的剪力。（3）在墩
顶0号块隔板之间设置加劲肋，以防隔板因体外预应力筋张拉开裂。
（4）体外束的长度超度10 m时设置减震装置。
四、体外预应力在大跨连续刚构桥加固中的应用
（一）在解决跨中下挠问题中的应用
引起刚构桥跨中产生下挠的原因主要有：（1）对混凝土徐变的
严重性和长期性估计不足；（2）设计上缺乏主动控制恒载下挠；（3）
活载产生徐变挠度；（4）预应力对混凝土徐变的影响；（5）荷载长
期效应影响等。桥梁产生严重下挠会对行车舒适性带来很大影响，
严重者会危及桥梁安全，因此需对刚构桥跨中下挠引起足够重视，
采取体外预应力技术可解决上述问题，达到加固的目的。
曹伟和宋文峰[5]通过对一座140 m+240 m+140 m预应力混凝土
连续刚构桥的体外预应力技术加固，得出以下结论：连续刚构桥采
用体外预应力技术加固能适当恢复结构线形，阻止跨中继续下挠；
同时增加主梁的压力储备，降低主拉应力；并部分裂缝闭合及阻止
裂缝继续扩展与混凝土开裂等。
许明雷[6]通过对贵新公路腊芒大桥（55.9 m+90 m+55.9 m）预
应力混凝土连续刚构的加固，得出以下结论：采用体外预应力技术
加固预应力混凝土连续刚构桥，可以有效地提升结构的整体刚度，
结构的基频也略有增长；同时，加固后的结构局部受力得到了一定
程度的改善。
（二）在解决梁体开裂问题中的应用
大跨连续刚构桥箱体裂缝按其发展方向可分为：斜向裂缝、纵
向裂缝、横向裂缝3类。斜向裂缝多表现为腹板主拉应力裂缝；纵
向裂缝是与桥轴方向平行的裂缝，较多地出现在顶底板；横向裂缝
则多伴随跨中梁体下挠出现于跨中底板下缘，发展严重的会延伸至
腹板，与底板横向裂缝连通成“u”型裂缝。结构一旦开裂，会改
变截面应力状态，并加速裂缝宽度和长度的不断扩展，结构的整体
刚度削弱[4]。
冯宏宇和孙全胜[7]运用体外预应力加固技术一座60 m+90 m+60
m连续钢构桥进行了加固，得出以下结论：（1）采用体外预应力技
术可提高刚构桥的的刚度，降低活载作用下跨中挠度，原桥的下挠
状况会得到很好的改善；（2）预应力可以减小原有结构在横载作用
下腹板上的主拉应力，使得腹板上的开裂得到主动限制。
许宏元等[4]运用体外预应力加固技术对一座140 m+240 m+140 m
连续钢构桥进行了加固，得到以下结论：采用预应力加固技术可使
跨中底板压应力增加2.25 mpa，压应力储备提高；跨中底板横向裂
缝有不同程度闭合。
通过以上工程实例，不难发现：体外预应力加固技术对于大跨
连续刚构桥常见的跨中下挠和梁体开裂具有很好的加固效果，同时
说明该方法在大跨刚构桥加固领域具有广阔的应用前景。
五、前景及展望
体外预应力加固技术能显著提高主梁刚度、增大压应力储备，
降低主拉应力、适当恢复结构线形，是一种效果很显著的加固方法，
可广泛应用于大跨连续刚构桥的加固方案。然而，体外预应力加固
法也有其不足之处，主要有：①体外预应力引起的二次力效应对原
结构的影响不能确定；②需要控制体外预应力筋的振动效应；③对
锚具的要求很高，锚固失效风险大；④可能因延性不足而产生脆性
破坏等。以上问题将成为未来体外预应力加固技术的研究方向，相
信通过不断的研究、改进，体外预应力加固技术必能更广泛的应用
于大跨连续刚构桥的加固工程。
参考文献：
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[4]许宏元，宋宁，陈常明，刘士林.大跨径混凝土梁桥体外预
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[5]曹伟，宋文峰. 体外预应力在大跨连续刚构桥加固工程中的
应用[j].公路工程，2011（10）111-114.
[6]许明雷.连续刚构桥体外预应力加固效果的试验研究[j].公
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[7]冯宏宇，孙全胜.体外预应力加固连续刚构桥提载效果分析
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