体外预应力体系

　　体外预应力体系是将布置于承载结构主体之外的预应力筋施加预应力所形成的预应力结构体系。

　　体外预应力技术的概念和方法起源于法国。20世纪50年代，体外预应力技术被用于桥梁建设中，但是由于当时技术限制，体外索的防护与防腐问题未能得到很好解决，所以许多尝试没能取得成功，从而制约了体外预应力结构在其后几十年的发展。

　　随着20世纪60年代末斜拉桥的复兴，斜拉索的防护问题在不断得以解决和完善，其相关技术也大量应用于解决体外预应力索的防腐问题，大大促进了因防腐问题而停滞不前的体外预应力桥梁的发展。

　　在七十年代，欧洲各国在体内预应力长期实践的过程中，发现体内预应力混凝土桥梁由于摩擦会造成预应力的损失，以及由于管道无法彻底密实而导致管道内存在空洞的现象，再加上由于旧桥梁结构破损和载荷等级的提高，因此不得不对桥梁结构进行补强加固的措施。在这种情况下，体外预应力就成为了一种最主要、最积极的桥梁加固方法。通过不断对桥梁加固而获得的经验，使人们认识了体外预应力的诸多优点。同时，高性能钢束的发展和应用给体外预应力桥梁的设计、建设施工带来了方便。

　　自五十年代以来，我国在预应力技术领域的发展迅速，特别是改革开放以后，迎来了我国桥梁建设的黄金时期。经过桥梁建设者们的不懈努力，我国预应力混凝土桥梁已经发展成熟。随着我国桥梁的建设不断增加与新技术的不断发展，我们不断具备了较高的技术水平和丰富的实践经验，体外预应力技术的应用也引起了我们的重视。

　　柳州市桥厦缆索制品有限公司在体外预应力技术领域中不断地钻研，努力开发各种相关产品，并取得了一定的成果。

●QSM体外预应力拉索技术特点

1. 体外索采用环氧涂层或镀锌钢绞线，公称抗拉强度1860MPa，公称直径φ15.2mm。

2. 单丝喷涂型钢绞线符合GB/T 25823-2010《单丝涂覆环氧涂层预应力钢绞线》的要求，填充型环氧涂层钢绞线符合GB/T 21073-2007《环氧涂层七丝预应力钢绞线》和JT/T 737-2009《填充型环氧涂层钢绞线》的要求。

3.体外预应力体系满足GB/T 30827-2014《体外预应力索技术条件》、JT/T853-2013《无粘结钢绞线体外预应力束》的规定；体外索锚具性能满足国际后张预应力协会FIP《后张预应力体系的验收和应用建议》、《体外预应力材料及体系》以及国家标准GB/T 14370-2015《预应力筋用锚具、夹具和连接器》的规定。

4.体外预应力体系便于检测、维护，必要时可以换索。

5.锚固段钢绞线需采取锚具防护罩、密封装置和密封带等特殊的防护组件，通过灌注和涂抹防腐填充物，将锚固段钢绞线、锚具、夹片等完全保护起来。

6.体外束相关配套产品包括锚具、钢束、预埋转向器、体外束减振限位装置等。

●QSM体外预应力拉索体系基本构成

QSM体外预应力拉索体系基本构成示意图

QSM体外预应力拉索体系主要包含以下基本内容：

●   体外预应力索体

●   锚固装置

●   防松装置

●   转向装置

●   减振装置

●   防腐装置

●   监测系统

(一)体外预应力索体

        QSM-S1、QSM-S2型索体属于灌浆型，主要通过灌浆防腐。灌水泥浆状态下，无法拆卸、调整与换索。

        QSM-S3、QSM-S4型索体属于无灌浆型，是分丝型，可逐根拆卸、调整与换索，可随时检测自由段的索体情况。索体的防腐主要依靠钢绞线防护层、油脂或石蜡及单根外包HDPE。

        QSM-S5、QSM-S6、QSM-S7型索体属于无灌浆型，索体为成品索，可整体拆卸、调整或换索。索体有多层防腐。

        QSM-S8、QSM-S9型索体属于无灌浆型，索体为成品索，基材为高强度钢丝。

索体选择—— 对QSM体外预应力索的选择，应该根据使用环境、维护、成本等方面考虑。

　　建议使用本身具备多层防护的的环氧涂层钢绞线索体。在一般防腐要求下，也可采用光面钢绞线索体。另外，也可根据施工条件选择索体类型：如果具有较好穿束条件的，建议采用成品索；如果是加固空间狭小的场所，可选用单根外包HDPE分丝型索体。

(二)锚固装置

　　锚具在体外预应力体系中，除了承受张力外，还承受结构寿命周期内的其它潜在力。体外预应力索位于混凝土结构的外部，仅在锚固及转向块处可能与结构相粘结，在活动载荷作用下，预应力筋的应变幅是预应力锚固系统设计的一个非常重要参数。因此，对体外预应力锚具的可靠性和安全性的要求比体内预应力更加严格。QSM提供两种不同的体外预应力锚具，以满足不同的工程使用要求。

● QSM.TW.A型体外预应力锚具

(三)防松装置

　　我公司设计生产的体外预应力锚具均同时采取以上两种防松措施，确保桥梁的安全。

(四)转向装置

　　体外索转向器的弯曲半径，从钢绞线的受力状态而言越大越好，但如果弯曲半径设置过大，弯向部的构件尺寸就越大，从而使桥梁自重增加，因此在确保安全的情况下，转向器的弯曲半径可以做小一些。转向器出口圆滑过渡，可以消除安装、施工的误差所产生的附加应力，同时可以减少HDPE套管的磨损。

　　被弯曲的体外预应力索体因有附加弯曲应力，其疲劳强度有所下降，因此在设计过程中，要对加上弯曲应力值的钢绞线应力值进行校核，计算受拉钢绞线的弯曲应力值较困难，但假定钢丝之间无摩擦力作用时，可按以下公式求出弯曲应力值：

　　预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的应力损失由两部分组成，一是在曲线段的垂直挤压力造成的力筋与管道的摩阻损失，二是管道位置偏差和不平整造成的摩擦损失。

        μ—预应力筋与管道壁的摩擦系数

        k—管道每沿米局部偏差对摩擦的影响系数

　　体外预应力钢索配置在混凝土结构外部，其钢索线形由转向位置或锚固位置的曲线段和它们之间的直线段组成。对于直线段，钢索管道线形和外观尺寸由于不受施工因素的影响，故其基本没有管道不平整造成的摩阻影响大，这部分预应力损失可以忽略不计；对于曲线段，由于这里的管道长度较短，故沿曲线段长度的管道偏差和不平整造成的摩擦损失亦可忽略不计。

　　因此，针对不同的预应力索体形式，我公司设计提供单管整体式转向器、双管整体式转向器、钢管组分丝式转向器、箱型分丝式转向器等多种类型的转向装置以供选择。

●双管整体式转向器由两根弯曲成一定弧度的钢管内外嵌套组成。

　　内衬钢管的作用是隔离索体与外钢管和导向，防止索体因与外部直接接触产生过大的摩擦而使防腐功能失效。

●钢管组分丝式转向器由多根弯曲成一定弧度的钢管组焊而成。

　　其截面尺寸较小，能适用于结构紧凑的场合中，能保证索体内各根钢绞线位置平行，使钢绞线受力均匀，可以单根换索。

●箱型分丝式转向器由外钢箱、内分丝管、支撑板、填充料组成。

　　内分丝管采用塑料管制成，能保证索体内各根钢绞线位置平行，使钢绞线受力均匀，可以进行单根换索。

(五)减振装置

　　桥梁结构与索体在服役期间会产生振动，当索体的自振频率与整个结构的振动频率相近时，可能出现共振，带来安全隐患。为了使索体振动频率不与整个结构的振动频率相同，必须在适当的位置安装减振装置使索体自由段的振动区间变短并给索体适当的减振，以避免索体产生有害的振动。

(六)防腐体系

　　钢绞线的防腐，可以通过对其表面进行处理，包括：镀锌、环氧喷涂、环氧填充等。体外索体系的防腐，主要采用专用水泥浆、环氧砂浆、油脂、聚氨脂、油性蜡填充等方法。

●施工工艺

　　预埋件的安装位置按设计要求确定，安装误差应在设计范围内。

3.穿 索

　　下料好的钢绞线可逐根吊装就位，将它们分别与锚具进行穿束连接。

　　按要求进行张拉施工。

　　拉索张拉施工:通常情况下,体外索索体较长,张拉至设计力时,索体延伸量较大,普通张拉用千斤顶活塞最大行程多为200mm，故在张拉施工时千斤顶需多次往返行程。

悬浮张拉

　　在千斤顶前端设置有可调限位板，张拉前调节好限位板，在张拉过程中，工作夹片不会咬住钢绞线而始终处于“悬浮”状态。张拉到位后，调节限位板，压紧工作夹片，千斤顶回油，锚固。

　　对于环氧涂层钢绞线索体，为保证夹片咬持效果，必须采用悬浮张拉方式对拉索索体进行张拉。

顶压张拉

　　顶压张拉法是在悬浮张拉法的结构上改造而来，在千斤顶前端设置有顶压千斤顶，顶压千斤顶活塞与顶压限位板联接，张拉前调节好限位板，在张拉过程中，工作夹片不会咬住钢绞线，张拉到位后，顶压限位板顶紧工作夹片，千斤顶回油，锚固，从而保证了锚固的可靠，预应力损失小。

张拉杆张拉

　　张拉杆张拉法主要用于锚头为螺纹形式的张拉，或者用于张拉后整体调节索力时使用。

单根张拉

　　单根张拉法采用等张拉力法进行：在第一根要张拉的钢绞线上安装测力传感器，张拉后其他钢绞线的张拉力与此比较直至相等，最后取掉单孔工具锚和测力传感器即可。