近年來，混凝土結構的耐久性引起了國內外土木工程界的廣泛關注。混凝土橋梁結構的嚴重損壞和鋼筋的不斷腐蝕嚴重危及橋梁的使用安全。采用具有防腐保護措施的體外預應力技術是解決混凝土結構耐久性的重要途徑之一。體外預應力技術于20世紀30年代開始應用于橋梁結構。目前，體外預應力技術在國外應用廣泛。以法國和美國為代表修建了大量體外預應力混凝土橋梁，在提高橋梁結構的耐久性和設計方案的競爭力方面取得了顯著成效。

       中國在20世紀60年代建造了第一座體外預應力混凝土橋。當時體外預應力技術主要用于中小橋梁的加固工程。體外預應力筋用于大型橋梁的部分部件(如丹陽大橋系桿拱的加固梁)。2000年建成的吉林牛欄子大橋是哈爾濱工業大學與吉林交通研究所合作設計的中國第一座體外預應力混凝土簡支梁試驗橋。

       隨著人們對混凝土結構耐久性認識的提高和體外預應力應用技術的不斷進步，體外預應力混凝土橋梁將在中國發展迅速。由于應用體外預應力技術的橋梁具有施工簡單、工程質量高、工程造價低的優點，在世界各地得到廣泛應用。我國還將體外預應力技術應用于簡單的箱梁和連續的箱梁，取得了良好的效果。正如世界著名橋梁專家列翁哈特預測的那樣，毫無疑問，外部預應力技術將隨著高強度混凝土的發展而成為技術必需品。此外，在21世紀，復合材料將與外部預應力相結合，從而從鋼筋腐蝕中拯救土木工程。

       1.工程簡介

       鶴大公路雞西至牡丹江段是黑龍江省公路OK主骨架的一部分，是東部重要交通干線國道的一部分，是黑龍江省東部重要交通路線。全長164km，按一級公路標準設計，不封閉，為便于與沿線主要城鎮聯系，共設10條二、三級公路標準支線。牡丹江支線是鶴大公路的進城通道，起點于牡丹江市東出口鐵嶺河大橋東橋頭中心線，終點于主線K340+758.63，全長2.3386km。

       2.鐵嶺河橋

       根據黑龍江省交通廳2001年重點科技項目規劃要求，牡丹江支線應用體外預應力技術修建橋梁。鐵嶺河大橋將成為中國最大的跨度體外預應力變截面連續箱梁橋。牡丹江支線鐵嶺河大橋由哈爾濱建筑大學建筑設計研究院設計。主梁采用結構空間分析程序SAPQO計算，設計中考慮了多種荷載組合，包括恒載、預加力、活載、基礎沉降、溫度變化等。標準跨度為25m+40m+25m，上部為單箱單室箱梁。主梁呈拋物線形，跨中高度120cm，中墩處220cm，施工采用滿堂紅支架現澆。鐵嶺河大橋地質條件較好，河床7m以下基本為全風化砂巖或強風化砂巖。基礎設計為鉆孔灌注樁，下部為肋板平臺和柱墩。該橋于2001年5月開工建設，目前已完成所有主體工程。

       2.1體外預應力索

       體外預應力索有三種:所有體外預應力，每根跨預應力鋼索連續；所有體外預應力，每根跨預應力鋼索不連續；體外預應力與體內預應力混合。牡丹江支線鐵嶺河大橋的體外預應力是第一種類型。箱梁外索設計為17標準型-15.24-1860-11-GB/TJ24-1995鋼絞線。7根為1股，每層涂有0.15-0.20毫米的環氧樹脂涂層，14股包裹在高密度聚乙烯管(HDPE)中，縫隙用黃油填充，防止腐蝕和氧化。橋上共有10根索，分為2組，每組5根，分布在兩側腹板附近。每根索長92毫米，重1.6毫米，給穿束帶來很大困難。穿索過程中一定要注意保護索盡量不要損壞，影響PE層的防腐效果。在錨固端混凝土中，將HDDE管剝離1458-1567毫米，沖洗黃油后，用3毫米厚的橡膠密封套筒與φ90(內徑)t=2毫米鋼管連接，鋼管插入錨具喇叭管40毫米，并與周圍焊接牢固。

       2.2

       錨具采用OVM-15-14型張拉系統，張拉千斤為YCW350，油泵為ZB41500型。錨端預埋稅0螺旋筋，直徑350mm，螺距60mm，靠梁端220mm螺旋筋內預埋喇叭管用于張拉。與普通體內預應力索相比，體外預應力索的錨固難度更大。體內預應力索錨固處的預應力進入混凝土，而體外索的預應力與腹板平行，偏心，產生較大的剪應力和正應力。體外索的拉力全部通過錨具傳遞給箱梁混凝土。

       2.3張拉

       預應力索為17標準型-15.24-1860-ⅱ-GB/TJ224-1995低松弛鋼絞線，標準強度=1860mpa，預應力鋼索的張力為N=2730kn。由于使用的千斤頂有效行程為20厘米，在張力應力下達不到33.1厘米。為了實現雙控，采取中間預錨措施，即倒頂。在張力伸長的基礎上，再次張力到設計噸位。根據計算，索的張力程序是:

       2.4轉向肋的結構和應力分析

       鐵嶺河橋體外索貫穿整個橋長，整個橋的預應力是連續的。箱梁不同截面的應力值不同，跨度最大，支撐部位如墩頂的彎拉應力為負。為了充分發揮體外索的最大效率。使用轉向肋和轉向鋼管，使體外索始終處于結構的拉伸區域。轉向肋是與梁體腹板同時澆筑的高標準混凝土塊距離中墩中心線兩側10毫米開始，每隔5毫米在左右腹板對稱連續設置3個轉向肋，與梁體同時現澆。注意加強鋼筋和預埋轉向鋼管的布置。轉向肋的布置不僅實現了結構預應力值在不同截面的轉換，而且提高了腹板的強度，增強了梁體結構的穩定性。

       3.體外預應力的優缺點

       3.1優點

       (1)預應力索設計簡單，避免了結構細節的復雜性。預應力筋在混凝土中不設置或少設置，使普通鋼筋易于布置，從而簡化了施工工藝，提高了工作效率和工程質量。

       (2)箱梁腹板內沒有預應力索管，體外索預應力可以抵抗腹板的剪力，因此腹板厚度可以減少，工程數量可以減少，工程成本可以降低。鋼索管道灌漿事故減少或無問題，即使有問題也很容易解決。

       (3)在橋梁使用過程中，可以經常使用x射線或其他技術來監測鋼索的應力狀態和混凝土截面的應力。

       (4)使用換索方案橋梁可以延長2O-3O年，提高橋梁的承載能力，延長橋梁的使用壽命。

       3.2缺點

       對于梁體任意部位的變形、腐蝕等使結構強度降低的變化，其應力會集中在強度薄弱的表面或點上，因此結構容易受到災害破壞和火災傷害。

       (2)無粘結、無束縛的體外預應力索削弱了抵抗破壞荷載和保證結構穩定性的能力。

       4.動靜荷載試驗

       橋梁施工完成后，為了驗證體外預應力結構的實際理論是否與實際應力和變形一致，哈爾濱工業大學交通科學與工程學院的專家對鐵嶺河體外預應力混凝土連續梁橋進行了移動和靜載試驗，檢驗了橋后主橋結構的施工質量，以及所有活載下結構的反應是否符合設計要求。測試內容包括:

       (1)混凝土應變:在活載作用下，混凝土的縱向應力由主梁控制。

       (2)主梁變形:在活載作用下，主橋控制斷面的垂直撓度。

       (3)索應力增量:在活載作用下，各體外索的應力增量和分布。

       通過實驗，實驗橋的各項實驗指標與設計理論數據基本一致。實測中跨度最大撓度為13.79毫米，小于規范規定的允許值L/600=4萬/600=66.67毫米。各種車輛在不同速度下的激振頻率約為3.4-4.2毫米，平均值為3.94毫米，大于結構自振頻率2.657毫米，結構不會產生臨界共振。