近年来，混凝土结构的耐久性引起了国内外土木工程界的广泛关注。混凝土桥梁结构的严重损坏和钢筋的不断腐蚀严重危及桥梁的使用安全。采用具有防腐保护措施的体外预应力技术是解决混凝土结构耐久性的重要途径之一。体外预应力技术于20世纪30年代开始应用于桥梁结构。目前，体外预应力技术在国外应用广泛。以法国和美国为代表修建了大量体外预应力混凝土桥梁，在提高桥梁结构的耐久性和设计方案的竞争力方面取得了显著成效。

       中国在20世纪60年代建造了第一座体外预应力混凝土桥。当时体外预应力技术主要用于中小桥梁的加固工程。体外预应力筋用于大型桥梁的部分部件(如丹阳大桥系杆拱的加固梁)。2000年建成的吉林牛栏子大桥是哈尔滨工业大学与吉林交通研究所合作设计的中国第一座体外预应力混凝土简支梁试验桥。

       随着人们对混凝土结构耐久性认识的提高和体外预应力应用技术的不断进步，体外预应力混凝土桥梁将在中国发展迅速。由于应用体外预应力技术的桥梁具有施工简单、工程质量高、工程造价低的优点，在世界各地得到广泛应用。我国还将体外预应力技术应用于简单的箱梁和连续的箱梁，取得了良好的效果。正如世界著名桥梁专家列翁哈特预测的那样，毫无疑问，外部预应力技术将随着高强度混凝土的发展而成为技术必需品。此外，在21世纪，复合材料将与外部预应力相结合，从而从钢筋腐蚀中拯救土木工程。

       1.工程简介

       鹤大公路鸡西至牡丹江段是黑龙江省公路OK主骨架的一部分，是东部重要交通干线国道的一部分，是黑龙江省东部重要交通路线。全长164km，按一级公路标准设计，不封闭，为便于与沿线主要城镇联系，共设10条二、三级公路标准支线。牡丹江支线是鹤大公路的进城通道，起点于牡丹江市东出口铁岭河大桥东桥头中心线，终点于主线K340+758.63，全长2.3386km。

       2.铁岭河桥

       根据黑龙江省交通厅2001年重点科技项目规划要求，牡丹江支线应用体外预应力技术修建桥梁。铁岭河大桥将成为中国最大的跨度体外预应力变截面连续箱梁桥。牡丹江支线铁岭河大桥由哈尔滨建筑大学建筑设计研究院设计。主梁采用结构空间分析程序SAPQO计算，设计中考虑了多种荷载组合，包括恒载、预加力、活载、基础沉降、温度变化等。标准跨度为25m+40m+25m，上部为单箱单室箱梁。主梁呈抛物线形，跨中高度120cm，中墩处220cm，施工采用满堂红支架现浇。铁岭河大桥地质条件较好，河床7m以下基本为全风化砂岩或强风化砂岩。基础设计为钻孔灌注桩，下部为肋板平台和柱墩。该桥于2001年5月开工建设，目前已完成所有主体工程。

       2.1体外预应力索

       体外预应力索有三种:所有体外预应力，每根跨预应力钢索连续；所有体外预应力，每根跨预应力钢索不连续；体外预应力与体内预应力混合。牡丹江支线铁岭河大桥的体外预应力是第一种类型。箱梁外索设计为17标准型-15.24-1860-11-GB/TJ24-1995钢绞线。7根为1股，每层涂有0.15-0.20毫米的环氧树脂涂层，14股包裹在高密度聚乙烯管(HDPE)中，缝隙用黄油填充，防止腐蚀和氧化。桥上共有10根索，分为2组，每组5根，分布在两侧腹板附近。每根索长92毫米，重1.6毫米，给穿束带来很大困难。穿索过程中一定要注意保护索尽量不要损坏，影响PE层的防腐效果。在锚固端混凝土中，将HDDE管剥离1458-1567毫米，冲洗黄油后，用3毫米厚的橡胶密封套筒与φ90(内径)t=2毫米钢管连接，钢管插入锚具喇叭管40毫米，并与周围焊接牢固。

       2.2

       锚具采用OVM-15-14型张拉系统，张拉千斤为YCW350，油泵为ZB41500型。锚端预埋税0螺旋筋，直径350mm，螺距60mm，靠梁端220mm螺旋筋内预埋喇叭管用于张拉。与普通体内预应力索相比，体外预应力索的锚固难度更大。体内预应力索锚固处的预应力进入混凝土，而体外索的预应力与腹板平行，偏心，产生较大的剪应力和正应力。体外索的拉力全部通过锚具传递给箱梁混凝土。

       2.3张拉

       预应力索为17标准型-15.24-1860-ⅱ-GB/TJ224-1995低松弛钢绞线，标准强度=1860mpa，预应力钢索的张力为N=2730kn。由于使用的千斤顶有效行程为20厘米，在张力应力下达不到33.1厘米。为了实现双控，采取中间预锚措施，即倒顶。在张力伸长的基础上，再次张力到设计吨位。根据计算，索的张力程序是:

       2.4转向肋的结构和应力分析

       铁岭河桥体外索贯穿整个桥长，整个桥的预应力是连续的。箱梁不同截面的应力值不同，跨度最大，支撑部位如墩顶的弯拉应力为负。为了充分发挥体外索的最大效率。使用转向肋和转向钢管，使体外索始终处于结构的拉伸区域。转向肋是与梁体腹板同时浇筑的高标准混凝土块距离中墩中心线两侧10毫米开始，每隔5毫米在左右腹板对称连续设置3个转向肋，与梁体同时现浇。注意加强钢筋和预埋转向钢管的布置。转向肋的布置不仅实现了结构预应力值在不同截面的转换，而且提高了腹板的强度，增强了梁体结构的稳定性。

       3.体外预应力的优缺点

       3.1优点

       (1)预应力索设计简单，避免了结构细节的复杂性。预应力筋在混凝土中不设置或少设置，使普通钢筋易于布置，从而简化了施工工艺，提高了工作效率和工程质量。

       (2)箱梁腹板内没有预应力索管，体外索预应力可以抵抗腹板的剪力，因此腹板厚度可以减少，工程数量可以减少，工程成本可以降低。钢索管道灌浆事故减少或无问题，即使有问题也很容易解决。

       (3)在桥梁使用过程中，可以经常使用x射线或其他技术来监测钢索的应力状态和混凝土截面的应力。

       (4)使用换索方案桥梁可以延长2O-3O年，提高桥梁的承载能力，延长桥梁的使用寿命。

       3.2缺点

       对于梁体任意部位的变形、腐蚀等使结构强度降低的变化，其应力会集中在强度薄弱的表面或点上，因此结构容易受到灾害破坏和火灾伤害。

       (2)无粘结、无束缚的体外预应力索削弱了抵抗破坏荷载和保证结构稳定性的能力。

       4.动静荷载试验

       桥梁施工完成后，为了验证体外预应力结构的实际理论是否与实际应力和变形一致，哈尔滨工业大学交通科学与工程学院的专家对铁岭河体外预应力混凝土连续梁桥进行了移动和静载试验，检验了桥后主桥结构的施工质量，以及所有活载下结构的反应是否符合设计要求。测试内容包括:

       (1)混凝土应变:在活载作用下，混凝土的纵向应力由主梁控制。

       (2)主梁变形:在活载作用下，主桥控制断面的垂直挠度。

       (3)索应力增量:在活载作用下，各体外索的应力增量和分布。

       通过实验，实验桥的各项实验指标与设计理论数据基本一致。实测中跨度最大挠度为13.79毫米，小于规范规定的允许值L/600=4万/600=66.67毫米。各种车辆在不同速度下的激振频率约为3.4-4.2毫米，平均值为3.94毫米，大于结构自振频率2.657毫米，结构不会产生临界共振。