钢筋混凝土梁式桥通常包括简支梁(T 型梁、少筋微弯板工形组合梁、π 形梁及板梁等)、悬臂梁和连续梁等。当其存在结构缺陷， 尤其是承载力不足或需要提高荷载等级， 需要对桥梁主要受力构件进行加固时，可考虑采用体外预应力加固法。这一方法是在梁体外部（ 梁底与梁两侧） 设置钢筋或钢丝束， 并施加预应力， 以改善结构的受力状况， 达到提高桥梁承载能力的目的。

一、梁桥加固体外预应力加固方法

体外预应力加固，实际是改变了梁体原有受力体系的受力状态。根据加固对象的不同，该加固法又可分为预应力拉杆加固和预应力撑杆加固。

预应力撑杆加固主要用于提高轴心受压以及偏心受压钢筋混凝土柱的承载能力，例如，排架桩式桥墩、桥台以及拱桥的柱式腹拱墩等。

预应力拉杆加固主要用于受弯构件， 根据被加固结构受力要求不同， 预应力拉杆加固法又分为三种， 即水平拉杆加固、下撑式拉杆加固和竖向拉杆加固。

1． 水平拉杆加固

预应力水平拉杆加固适用于正截面受弯承载力不足的加固， 同时， 可减小梁的挠度，缩小原构件的裂缝宽度。对于钢筋混凝土T 梁或Ⅰ 字梁桥， 可采用在梁的受拉区， 即在梁底增设水平的预应力拉杆的补强方法进行加固，如图7-5-1 所示。当安装好拉杆并通过一定的装置进行收紧张拉， 使得拉杆产生较大的纵向拉力并传至梁底， 使梁底受拉区受到拉杆顶压应力的作用， 梁中受拉应力也就相应减少。从加固原理看， 这种补强加固法可提高梁体的正截面抗弯承载力， 但不能提高支座附近斜截面抗剪承载能力。水平拉杆， 多由高强螺纹粗钢筋、钢丝束、或钢绞线组成， 其作用是在梁受拉部位施加纵向预应力。

2． 下撑式拉杆加固

预应力下撑式拉杆加固适用于斜截面受剪承载力、正截面受弯承载力均不足的受弯构件加固， 同时又可减小梁的挠度， 缩小原构件的裂缝宽度。该加固方法的主要特点是， 将水平的补强拉杆在接近支座处向上弯起， 然后将拉杆锚固于梁板支座的上部， 弯起点处设置传力构造， 再施加预拉应力。补强拉杆一般为粗钢筋， 也可采用型钢。由于预应力下撑式拉杆补强布置较为合理， 拉杆中施加预应力后， 通过拉杆弯起点的支托构件传力， 对梁体产生作用力， 起到卸载作用。这种加固方法的优点是对受弯构件垂直截面上的抗弯强度和斜截面上的抗剪强度同时起到补强作用， 构造妥当可将原结构的承载能力提高较大。加固方法详见表7-5-1。

3． 竖向拉杆加固

针对于箱梁腹板拉剪强度不足， 主拉应力过大时采用， 一般沿主梁腹板或横梁布设的竖向预应力粗钢筋对其追加预应力， 见图7-5-2。

二、梁桥加固体外预应力加固原理

对于需要加固的钢筋混凝土梁式桥， 常在梁底或梁侧下部增设预应力加劲钢丝索或预应力粗钢筋补强， 并分别锚固在梁的两端， 通过设置一定的联结构件使预应力拉杆（ 钢丝索或粗钢筋） 与梁体构成一个桁架体系， 成为一次超静定结构， 从而抵消部分恒载应力，起到卸载作用， 从而较大幅度地提高桥梁的承载能力。
通过在梁体外设置拉杆， 并与被加固的梁体锚固联结， 然后施加预应力， 强迫后加的拉杆受力，从而改变原结构的内力分布，降低原结构应力水平，使结构总承载力显著提高，且可减少结构的变形、裂缝宽度缩小甚至完全闭合。这就是体外预应力加固梁式桥梁， 并提高其承载能力的机理。

体外预应力下撑式拉杆加固补强方法是最常用的一种， 它可视为改简支梁为上承式桁架梁。桁架的上弦即为原结构主梁， 下弦是新增设的水平拉杆， 斜腹杆是新增的斜拉杆，把与梁体接触的垫块视为竖杆， 单垫块为单柱式， 双垫块为双柱式。斜杆的上端锚固位置有两种： 一种锚于梁端的顶部； 另一种锚于靠近端横梁处的梁肋顶部。斜杆的下端与滑块连结， 滑块依赖拉杆收紧后产生的上托力和滑移时的摩擦力与上弦联结。对斜杆的张拉不是直接施加的， 而是随着水平拉杆张拉力增加， 下端滑块产生相应的移动， 使它的长度增大。当水平拉杆张拉力达到设计量后， 将它的两端锚固， 加固工作即告完成。在斜杆顶端和梁底垫块上作用力的水平分力共同对梁体施加偏心轴向压力。上述作用力的竖向分力所形成的力偶对梁端施加负弯矩及竖向负剪力。这些预加力可以抵消或超过恒载作用力。在车辆通过时， 这些体外拉杆是上部结构的组成部分并与原有梁体共同受力， 形成超静定体系， 各拉杆的张拉力将自动增加， 进一步起到加强梁体的作用。

三、力学要点

加固后预应力拉杆与钢筋混凝土梁或板等构件将组成一个整体并共同受力。因此， 补强拉杆与被补强的梁板组成了一个新复合体系， 改变了结构原来的静力图形， 可提高其承载能力。

当采用预应力拉杆加固钢筋混凝土梁式桥时， 加固结构的性能和受力特征， 与后张法无粘结部分预应力结构相似。张拉预应力如同外力一样作用在原梁上， 原梁仍承受着恒载内力； 张拉预应力筋在原梁上产生的预加内力， 基本上与恒载内力相反。所以， 体外预应力实际起到卸荷作用。

体外预应力筋张拉结束后， 和原梁体的联结方式与程度对设计和计算梁体的承载力是很重要的。如果预应力筋仅仅在锚固点及支撑点与原梁相接触， 其余均裸露在梁外工作，当梁随外载的作用增加而发生挠曲时， 梁中原有钢筋亦随着原梁曲率的增加而伸长。但由于预应力筋在体外， 它中间部位是与梁体脱开的， 故没有发生弯曲， 自然其应变及应力的增加远不及梁中原钢筋快。破坏时， 预应力筋的应力可能达不到屈服强度， 应力可能在张拉控制应力和屈服强度之间。一般而言，梁体破坏时，预应力拉杆的应力取张拉控制应力。

如果在预应力筋张拉结束后， 若用喷射混凝土将其和梁体浇筑在一起， 形成整体， 由于预应力筋处处被粘结在原梁上， 可与之共同变形。所以， 随着作用在加固梁上的外荷载增加， 预应力筋和梁中原钢筋以及受压区混凝土的应力都在原有的基础上增大。若预应力筋和原配筋总和在适筋范围内时， 尽管预应力筋与原梁中钢筋不同时刻到达屈服点， 但破坏时， 两者都可达到屈服， 因而其正截面强度计算方法与一般预应力混凝土梁相似。

一般来说， 需加固的梁中受拉钢筋的应力已较高， 梁的挠度也较大， 裂缝也较宽。对加固拉杆施加的预应力值越高， 就越能改善被加固梁的受力状态， 故加固拉杆张拉控制应力宜定得高些。但也不能定得太高， 否则有可能在超张拉过程中， 个别钢筋达到或超过其实际屈服强度， 以致发生危险。

预应力加固与一般预应力混凝土梁一样， 也存在预应力损失， 但两者是有区别的， 加固设计时要充分考虑到。同时， 必须考虑预留构造措施， 以便在使用过程中及时调整加固件的工作应力数值。

由于加固施工一般均在现场进行，又是高空作业，按控制应力值对拉杆张拉多为不便，且不准确。故多采用拉杆的张拉伸长量来控制张拉应力。所以， 要求张拉伸长量计算要准确。

四、计算要点

采用体外预应力拉杆补强加固， 应进行必要的设计与计算：
1 施加预应力阶段的受力计算
根据预应力体外索的布筋线形， 可以将施加的预应力转化为等效荷载， 即施加预应力阶段的计算可以按等效荷载法进行计算。加固后结构在预应力荷载及恒载作用下的正截面强度检算与斜截面强度检算同《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85)规定的计算方法相同。
预应力加固梁桥的预应力施加阶段设计计算步骤如下：

(1)根据加固要求， 依据原结构的图纸和资料及可能出现的荷载组合计算控制截面最大的设计弯矩Mj 和剪力Qj。

(2)根据正截面抗弯要求， 估算体外预应力筋的面积Ay。

根据以上三式， 即可初步拟定预应力水平筋和预应力斜筋的面积、张拉应力。
(3)估算预应力损失
若被加固结构采用的预应力系统为应力可调， 则在预应力损失计算中不考虑混凝土的收缩徐变引起的预应力损失， 若预应力筋的应力为不可调， 则计算结构的收缩徐变引起的预应力损失时， 应当考虑结构的使用历史状况。即原桥假定为新建桥梁， 计算其收缩徐变引起的预应力损失， 把此项损失乘以一个合适的折减系数来进行计算。折减系数的确定应当结合结构已经服役的年限及服役期间的受力情况来确定。预应力损失计算包括以下几项内容：

(4)其他计算问题

应根据预应力的锚固形式， 对体外预应力锚固端进行局部承压和抗剪验算。另外在进行配筋设计时， 要注意防止加固后的梁发生超筋破坏。

五、施工要求

1 加固材料及施工现场准备

加工好体外预应力筋、准备好锚固用器材和施加预应力的机械设备， 需要在锚固端设置横梁来锚固体外预应力筋，制备用来粘贴锚固和支承钢垫板的高强粘结剂，设置锚固点，锚栓孔打眼。

2 滑块及垫板施工

根据放样的转向块位置， 将转向块部位的混凝土凿除2cm 左右， 涂环氧胶液后用环氧砂浆找平， 把支承板粘贴在转向点。转向块需设置锚栓锚固， 以确保安全。

3 预应力筋的安装及张拉

检查完施工机具和预应力锚具、夹具后，按照加固设计，安装预应力筋。张拉程序为：初张力(10%) → 逐步加力直到超张拉(105%) → 稳压两分钟后降回设计预拉力(100%)→ 锚固→ 卸顶。

4 防腐处理

加固体系中的主要铁件如水平筋、斜筋、钢丝束、滑块(支承座)、垫板、锚固座等均应进行防腐处理。高强钢丝、钢绞线应采用热挤PE 套管防腐。防腐工作应尽可能在施工准备阶段完成， 条件不具备时也要在预应力张拉后尽早完成。

六、体外预应力在大跨桥梁加固中应用

某连续一刚构组合结构体系桥， 主桥跨径为75m+7×120m+75m。上部构造： 主桥为单箱单室箱型梁， 采用三向预应力体系。即顶、底板纵向预应力筋采用钢绞线， 顶板横向预应力筋采用钢绞线，采用BM15-4 的新型扁平锚具，竖向预应力采用精轧螺纹钢。为方便悬臂施工， 全桥未设置连续预应力钢束、下弯束或起弯束。箱梁混凝土设计标号为50 号，箱梁截面主要尺寸为： 主墩墩顶梁高6.432m， 跨中梁高2.60m； 箱梁顶板全宽18.34m， 底板宽9.0m。
上部结构施工方法为挂篮悬臂浇筑，先边跨和次边跨合拢，然后再中间五孔一次合拢。
下部构造： 中间四个墩为双墙薄壁墩身， 墩梁固结， 两侧四个墩为薄壁为空心墩身，墩顶设盆式支座， 墩基为高桩承台， 双排共计六根直径2m 的钻孔桩。
设计荷载： 汽—超20 级、挂—120、人群荷载3.5kN/m2；
该桥建成通车后， 对主桥箱梁的裂缝和结构的线形进行了监测， 发现该桥存在箱梁腹板开裂和跨中的下挠的问题。具体表现为：

(1) 箱梁开裂

箱梁开裂主要表现为三个方面： 一是箱梁腹板大范围的斜向开裂； 二是合拢段附近箱梁顶板在一定范围内的纵向开裂； 第三是箱梁底板和横隔板轻微的无规律开裂。

(3) 桥面标高及纵向线形

各跨跨中相对桥梁竣工时发生下挠， 总体上看， 北侧次边跨实测的跨中最大下挠量上游测为14.3cm、下游测为14.7cm， 南侧次边跨实侧的跨中最大下挠量上游侧为13.9cm、下游侧为12.6cm。两次边跨的下挠量均明显大于由于徐变引起的跨中计算下挠变形3.9cm。

计算分析后， 针对箱梁跨中的正弯矩裂缝， 应增设底板体外预应力束， 针对腹板出现的大量斜裂缝， 考虑采用增厚腹板， 并粘贴钢板或碳纤维来抑制斜裂缝的发展。同时增设的体外预应力束， 应综合考虑改善底板和腹板的受力。

结合各跨跨中截面下缘正应力补强， 考虑了两种钢束布置形式及相应的横隔布置， 见图7-5-3。钢束布置一： 在四分点附近设置3 道横隔， 在2 道横隔处弯起并锚固无粘结预应力钢绞线；钢束布置二：在四分点附近设置3 道横隔，N3 不弯起锚固于第三道新增横隔板，

N2、N3 分别于第二、一道新增横隔板弯起，并在原墩顶横隔板打孔通过。对这两种钢束布置方式进行计算分析， 钢束布置一这种弯起方式与钢束布置方式二对减少梁腹主拉应力的作用不明显， 其原因是为了保证千斤顶的张拉工作空间， 相对于梁高3.63m 的位置， 其锚固位置距箱梁顶面1.12m，使得弯起钢束的锚固位置较低，影响了弯起钢束限制主拉应力的作用。

综合考虑后， 采用钢束布置二作为推荐方案。采用如此钢束布置方案在大跨径连续梁和连续刚构桥的加固中应用较多。