預應力加固

預應力加固法具有加固、卸荷、改變結構內力的三重效果，適用於大跨結構加固，以及採用一般方法無法加固或加固效果很不理想的較高應力應變狀態下的大型結構加固。

體外預應力就是設置在混凝土體外的預應力筋給混凝土施加的預應力。體外預應力混凝土也稱無粘結預應力混凝土，是一種預應力筋直接設置在體外，或者預應力筋設置在混凝土體內，但無需進行孔道灌漿的無粘結預應力混凝土。它與預應力混凝土的區別在於預應力筋與混凝土的無粘結性。自20 世紀80 年代開始，無粘結預應力混凝土在我國房屋建築中得到廣泛的應用，後來逐漸被應用於橋樑結構中。

體外預應力技術由於具有施工方便、經濟可靠，預應力筋（束）可以單獨防腐甚至可以更換等特點，近年來，已被廣泛應用於舊橋的加固工程中。眾多的工程實踐證明，利用體外預應力加固舊橋，能顯著提高結構承載力和抗裂度，有效改善結構的應力狀態。

在上述鋼結構加固方案中，預應力是加固和修復鋼結構的一種有效方法。預應力加固鋼結構的方法就是通過施加預應力，使結構或構件產生與設計荷載作用下的應力符號相反的應力，從而調整結構的受力狀態，降低內力峯值，提高構件或結構的承載力；同時可有效改善結構的變形性能，減少其跨中撓度，提高結構的剛度和穩定性。其主要優點有：
　　（1）加固工作可在不卸載、不停產、不中斷行車的情況下進行，施工操作簡便而又靈活；
　　（2）與加大構件截面法相比不需大量加固零配件及其連接固定工作，省工省料；
　　（3）通常增設預應力拉桿進行加固，因此，提高被加固結構的超靜定次數，從而提高結構整體安全性，並且因為不破壞原結構，只在原來的基礎上進行強化，因此安全可靠；
　　（4）可充分利用高強鋼材，不增加結構的截面尺寸和自重；
　　（5）擴大結構彈性受力幅度。 ^[1] 

預應力加固鋼結構時，根據結構類型不同，施加預應力的方法通常有兩種：一種是通過張拉配置的預應力筋對結構或構件施加預應力，從而調整改善結構受力狀態，致使內力重分佈；另一種是不採用預應力筋，而通過調整現有鋼結構的支座高差，改變支承反力的大小，從而也可使結構內力重分佈，達到預應力的目的。其中前者是國內外工程實踐中常用的加固方法，也稱為體外預應力加固方法。 ^[1] 

預應力加固鋼結構除遵守一般鋼結構加固的原則與規定外，還具有以下的特點：
　　（1）進行靜力計算時必須首先確定一些與調整應力有關的數值，如張拉控制應力值、支座位移值等。
　　（2）要確定調整應力時的合理荷載值或應力水平，換言之，要分析判斷加固結構時是否需要全部卸載，或卸載至某一水平。 ^[1] 

另外，通過張拉預應力筋，施加預應力加固鋼結構的計算中還應遵守下列原則：
　　（1）預應力筋與被加固結構或構件均在材料彈性範圍內受力，兩者在加固後的荷載作用下同時達到各自材料的強度設計值；

（2）充分發揮鋼材的強度潛力，應設計預應力筋的張拉控制應力使被加固結構或構件的荷載應力卸載至其反向應力的極值；
　　（3）預應力加固設計中同樣應當考慮預應力分項係數和荷載分項係數等。 ^[1] 

1．內力計算

加固前，在荷載作用下結構構件按原結構構件採用手算或電算分析方法，運用力學知識進行內力計算；加固後將預應力視為外荷載作用在原結構或構件上，同時考慮其餘的外荷載，結構構件仍按原結構構件進行內力計算。預應力筋的內力包括有效預張力和荷載在預應力筋中引起的內力增量值。 ^[1] 

2．有效預應力的確定

因為在預應力加固鋼結構中預應力筋的內力增量必須考慮，所以張拉控制應力宜定得低一些，具體計算時，可按加固前後的承載力差值和預應力筋在預應力階段的穩定性進行初步確定。將張拉控制應力減去預應力損失即為有效預應力。 ^[1] 

3．構件計算的內容

（1）強度計算，所有受力構件均需滿足強度，包括局部承壓強度的要求。

（2）穩定計算，受壓、受彎和壓彎構件應滿足穩定要求。穩定包括整體穩定和局部穩定。

（3）剛度計算，即為撓度計算，屬正常使用極限狀態。對受彎構件應進行撓度計算。

（4）疲勞計算，對直接承受動力荷載重複作用的構件，當其荷載產生的應力循環次數 n≥10⁵時，如工業廠房內的重級工作制吊車梁、橋樑構件，應進行疲勞驗算。 ^[1] 

1． 軸心受拉構件應進行強度計算。

2．軸心受壓構件應進行強度、整體穩定和局部穩定計算。

3． 受彎構件，包括簡支梁和連續梁應進行強度、整體穩定、局部穩定和撓度計算。

4． 壓彎構件應進行強度、整體穩定（彎矩作用平面內和平面外）和局部穩定計算對於結構體系，如桁架（屋架），除組成杆件應分別按軸心拉壓構件進行計算外，還應進行整體結構的撓度計算。 ^[1] 

預應力加固鋼結構或構件的設計可分為兩階段加固設計和三階段加固設計。當完全卸載時，預應力加固鋼結構構件的計算與預應力鋼結構的兩階段設計計算基本相同。當部分卸（負）載或完全負載（不卸載）時，則與預應力鋼結構的三階段設計計算類似。完全卸載時，預應力的施加為預應力階段，加固後應承受的荷載作用為荷載作用階段。部分卸（負）載或完全負載（不卸載）時，未卸除的荷載作用為初始荷載作用階段，加固後應承受的荷載與未卸除的荷載之差值荷載作用為續加荷載階段。但應注意，在初始荷載作用階段，未卸除的荷載僅有恆載。 ^[1]