桥梁是保证公路和铁路畅通运行的关键. 目前, 随着经济的发展, 交通量、车辆载重、行车密度日益增加, 而陈旧桥梁大都承载力不足, 已不能适应交通发展的需要, 因而对陈旧桥梁的加固改造将是今后的研究课题。我国现有钢桥中绝大多数是中小跨度的简支钢梁桥, 跨度小于32 m 的钢桥约占钢桥总数的70%, 所以从应用较广的简支钢梁桥着手研究其加固改造具有较普遍的意义. 体外预应力法是当前桥梁加固的最理想的措施之一, 它的投资较少, 可以在不中断行车情况下进行, 操作简便灵活.

体外预应力加固钢筋混凝土桥梁的应用较多, 但以钢梁为加固对象的实例极少, 只发现几个例子 ,且系统全面地介绍体外预应力加固钢桥的理论和方法的文献极少, 实例报告中也很少涉及具体的计算理论 . 为此, 对体外预应力加固简支钢梁桥的设计计算方法进行了研究, 旨在为工程实际中旧桥的加固改造以及预应力在钢结构加固中的应用提供理论依据和设计参考.

体外预应力筋的配筋设计

1 体外预应力筋的线形布置

体外预应力加固现有钢桥时, 预应力筋的线形可采用直线形、折线形和抛物线形等, 如图1 所示. 从定位、张拉和锚固角度看, 直线形布置最为简单、方便. 但对于单跨简支梁, 沿梁全跨直线形布置预应力筋时, 因为在支座附近, 故外荷载产生的弯矩很小. 若在该处施加反向预应力, 则反而导致过大的不利应力状态. 通常, 张拉设备或锚固区太小时才采用图1( a) 的布置方式. 在最大受力区段局部布置预应力筋[ 图1( b) ] , 可节省材料, 但锚固点处应力集中, 加剧截面受力. 沿梁全跨布置抛物线形预应力筋[ 图1( c ) ] 可增大预应力效应. 在建筑净空容许时预应力筋可扩大到梁高范围外, 从而进一步加大预应力效应, 即采用图1( d) , ( e) 方案. 梁跨度较大时可在跨中重叠布置预应力筋[ 图1( f ) ] . 对简支实腹工字梁而言, 因卸载效率及构造原因, 往往采用下翼缘下侧直线形布置预应力筋的方案. 本文只介绍图1( a) , ( b) 所示的直线形布筋的情况. 预应力筋抛物线形布置的加固计算在原理上与直线形布置的计算相同.

2 体外预应力筋的应力损失

加固时, 预应力筋的各项应力损失主要由预应力筋应力松弛、钢梁压缩、摩擦损失和锚固损失引起.具体计算可参见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 . 但应注意预应力筋和转向块之间的摩擦系数L和k 的取值，建议对挤压涂塑的无粘结钢绞线取k= 0. 003 5, μ= 0. 10, 而笔者认为根据具体情况可将该取值适当降低.

3 体外预应力筋内力增量的计算

钢桥经加固后, 体系由静定结构变成一次超静定结构, 需先计算预应力筋在荷载作用下的内力增量X , 方能进行截面验算. 预应力筋内力增量可用结构力学中的方法进行计算, 在体外预应力加固钢桥的计算中, 预应力筋的内力增量X 最大可达有效张拉力N pe的30% ～40% ,故决不能忽视X 对梁使用阶段的内力分布和变形的影响。