預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在混凝土框架梁中的應(yīng)用

1、預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在混凝土框架梁中的應(yīng)用張亞琴（河北工業(yè)大學(xué)天津300000）摘 要 本文主要討論了混凝土框架梁的幾種預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，對(duì)預(yù)應(yīng)力加固的效應(yīng)進(jìn)行了分析。并以某綜合樓框架梁的加固為例，闡述了其施工工藝流程及施工措施。最后對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固梁設(shè)計(jì)提出了幾點(diǎn)建議，希望能對(duì)業(yè)內(nèi)人士有所幫助。關(guān)鍵詞 混凝土框架梁；預(yù)應(yīng)力加固；加固效應(yīng)1 引言預(yù)應(yīng)力加固混凝土框架梁就是在梁加固過(guò)程中有意識(shí)地建立永久的、與外部荷載作用效應(yīng)相反的內(nèi)力和內(nèi)應(yīng)力，以達(dá)到卸除框架梁的部分外力，改善其在不同條件下的變形性能或提高其強(qiáng)度，從而提高結(jié)構(gòu)承載能力，確保結(jié)構(gòu)能繼續(xù)安全有效地工作，達(dá)到加固的目的。因此，在某種意義上來(lái)說(shuō)，

2、預(yù)應(yīng)力加固不應(yīng)該僅僅被看作是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的技術(shù)，而應(yīng)作為加固的指導(dǎo)思想，即如何設(shè)法提高新加的結(jié)構(gòu)(或材料)與原有結(jié)構(gòu)(或材料)協(xié)同工作的可靠性。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系的主要優(yōu)點(diǎn)是:簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力筋曲線，減小摩阻損失;減小混凝土構(gòu)件截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重;可更換預(yù)應(yīng)力筋，并便于在使用期內(nèi)檢測(cè)和維護(hù);施工工藝簡(jiǎn)便，由于預(yù)應(yīng)力筋與混凝土截面分離，提高了混凝土的質(zhì)量和耐久性。本文主要介紹了預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在混凝土框架梁中的應(yīng)用。1 預(yù)應(yīng)力筋主要張拉方式1.1 千斤頂張拉法這是一種用千斤頂在預(yù)應(yīng)力筋的頂端進(jìn)行張拉并錨固的方法。它較適用于魚(yú)腹筋，對(duì)于直線筋，由于在梁端放置千斤頂較為困難，因此往往不易實(shí)現(xiàn)。但有人研制了一

3、種外拉式千斤頂，加固時(shí)，將其放置在梁的中間部位啟動(dòng)油泵即可張拉完成。見(jiàn)圖1。圖一. 體外千斤頂張拉法1.2 橫向張拉法這是一種橫向預(yù)加應(yīng)力的方法。其原理是在加固筋兩端被錨固的情況下，利用扳手和螺栓等簡(jiǎn)易裝置，迫使加固筋由直變曲產(chǎn)生拉伸應(yīng)變，從而在預(yù)應(yīng)力筋中建立預(yù)應(yīng)力。，將加固筋兩端錨固在原梁上，加固筋可以為彎折的下?lián)问剑部梢詾橹本€式，每隔一定距離用撐桿（角鋼或粗鋼筋）撐在兩根加固筋之間，在撐桿間設(shè)置U行螺絲，把2根加固筋橫向收緊拉攏，即在其中建立了預(yù)應(yīng)力。圖二. 人工橫向收斂法1.3 豎向張拉法它包括人工豎向張拉法和千斤頂豎向張拉法兩種。圖為人工豎向頂撐張拉，圖中3為固定在梁底面的上鋼板，4

4、為焊接在加固筋上的下鋼板（其上焊有螺母），當(dāng)擰動(dòng)頂升螺栓絲6時(shí)，上下鋼板的距離變大，迫使加固筋下移，從而建立了預(yù)應(yīng)力筋。圖人工豎向張拉1.4電熱張拉法電熱張拉法的工藝為：對(duì)加固筋通以低電壓的大電流，使加固筋發(fā)熱伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)值達(dá)到要求后切斷電流，并立即將兩端錨固。隨后，加固筋恢復(fù)到常溫而產(chǎn)生收縮變形，在加固筋中建立了預(yù)應(yīng)力。2預(yù)應(yīng)力加固效應(yīng)分析預(yù)應(yīng)力加固法與其他加固方法相比，具有一些獨(dú)特的加固特性或加固效應(yīng)。2.1卸載效應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力法對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固后.由于施加的預(yù)應(yīng)力與原結(jié)構(gòu)的外部荷載是反向的，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的內(nèi)力對(duì)原結(jié)構(gòu)形成反向的平衡荷載，原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力或變形減小，再增加結(jié)構(gòu)的荷載，由兩者共同分擔(dān)，這

5、樣就相應(yīng)地提高了結(jié)構(gòu)的承載力，對(duì)于即將破壞的結(jié)構(gòu)，則使結(jié)構(gòu)由臨界狀態(tài)回到安全狀態(tài)，或延遲結(jié)構(gòu)的破壞，同時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形減小，裂縫在一定程度上閉合。2.2彈塑性效應(yīng)增加的預(yù)應(yīng)力桿件系相當(dāng)于在原結(jié)構(gòu)構(gòu)件外部增加了一個(gè)彈性支座，或使混凝土材料具有更良好的彈塑性，部分卸載后結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度一變形曲線退回到彈性階段;此外，由于加固用鋼材具有良好的延性和強(qiáng)化性能，外部桿件能隨結(jié)構(gòu)荷載的增加同步地分擔(dān)荷載，因此，加固后結(jié)構(gòu)的變形性能得到改善，具有明顯的彈性特征。2.3協(xié)調(diào)效應(yīng)材料間應(yīng)力應(yīng)變滯后是影響加固效果的最主要因素之一，而預(yù)應(yīng)力加固法能使加固材料與原結(jié)構(gòu)有效地結(jié)合，提前分擔(dān)結(jié)構(gòu)荷載，同時(shí)使原結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變形減小

6、，在一定程度上減小了新舊材料或結(jié)構(gòu)間的應(yīng)力應(yīng)變水平的差距，消除了滯后效應(yīng)，充分發(fā)揮了加固材料強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)。3工程實(shí)例3.1工程概況某建筑物鋼筋混凝土梁由于各種原因需進(jìn)行加固。該梁截面（寬高）為700mm1800mm、長(zhǎng)為16000mm。混凝土結(jié)構(gòu)的加固方法很多，加固方法的選擇應(yīng)根據(jù)可靠性鑒定結(jié)果、結(jié)構(gòu)功能及加固原因，結(jié)合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、具體條件及功能要求等因素，并按加固效果可靠、施工簡(jiǎn)便及經(jīng)濟(jì)合理原則。經(jīng)過(guò)對(duì)各種加固方法的對(duì)比，并結(jié)合該鋼筋混凝土梁的具體情況，選擇了采用預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U，橫向張拉法進(jìn)行加固。3.2體外預(yù)應(yīng)力加固施工(1)構(gòu)件基層處理。鏟去需加固構(gòu)件表面的抹灰層和疏松層，并將構(gòu)件表面洗凈

7、。(2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝預(yù)應(yīng)力筋錨板、梁底墊筋。端部錨板預(yù)埋件采用鉆孔用16膨脹螺栓的方式進(jìn)行錨固，螺栓孔系為水平孔。錨板根據(jù)圖紙要求整理，錨板場(chǎng)外加工完成，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)螺栓孔的位置放樣鉆孔。螺栓孔通過(guò)電錘成孔，錨板通過(guò)臺(tái)鉆成孔。端部錨板的安裝程序?yàn)殂@孔-高壓氣流清孔-灌結(jié)構(gòu)膠-埋入螺栓裝入錨板(鋼板與混凝土面用結(jié)構(gòu)膠嵌填)-螺母擰緊。梁底鋼筋墊板用結(jié)構(gòu)膠粘貼固定就位(結(jié)構(gòu)膠粘貼面須表面處理)。(3)預(yù)應(yīng)力筋的加工及安裝。預(yù)應(yīng)力筋采用級(jí)圓鋼(fk=210kPa)鋼筋，現(xiàn)場(chǎng)下料,且整理前必須預(yù)拉調(diào)直，彎折成設(shè)計(jì)要求的角度，安裝就位，鋼筋與錨板通過(guò)焊接連接。(4)張拉。采用橫向張拉，張拉時(shí)先適當(dāng)拉緊

8、螺栓，再逐漸放松，經(jīng)反復(fù)后，直至拉桿基本上平直且不松弛時(shí)為止，并記錄這時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋橫向位移量，作為控制橫向張拉量的初讀數(shù)。然后，再收緊螺帽，分兩次張拉到設(shè)計(jì)參數(shù)控制的單側(cè)橫向位移張拉量。(5)防火保護(hù)層。用直徑1.52.0mm的軟鋼絲纏繞加固后的拉桿及附件，然后抹12.5水泥砂漿保護(hù)層,厚度不小于30mm。3.3加固效果評(píng)述加固后的梁進(jìn)行了載荷試驗(yàn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并節(jié)省了工程造價(jià)，說(shuō)明梁體外預(yù)應(yīng)力加固按上述科學(xué)設(shè)計(jì)、精心施工，能夠保證加固構(gòu)件的質(zhì)量，具有加固、卸載、減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力的三重效果。有效增加構(gòu)件的承載力、剛度和抗裂性，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 4體外預(yù)應(yīng)力加固梁設(shè)計(jì)建議(1）

9、一般情況下，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)采用直線體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固時(shí)，在正常使用極限狀態(tài)下，梁的跨中擾度的減小幅度明顯小于折線預(yù)應(yīng)力加固方案，裂縫寬度的變化情況也相對(duì)較小，因此建議在單跨鋼筋混凝土框架用直線體外預(yù)應(yīng)力。(2）建議在跨中增設(shè)轉(zhuǎn)向塊(支點(diǎn))。加固梁最終破壞一般是由于跨中位置裂縫和撓度太大導(dǎo)致上部混凝土壓碎引起的。增設(shè)轉(zhuǎn)向塊雖不能起轉(zhuǎn)向的作用,但可使體外約束的變形與結(jié)構(gòu)變形相一致,相應(yīng)減小跨中撓度,并減小由于體外預(yù)應(yīng)力束相對(duì)位置上移、偏心矩變化對(duì)加固梁的影響。(3）體外預(yù)應(yīng)力筋由混凝土收縮、徐變及摩擦等引起的預(yù)應(yīng)力損失比普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)應(yīng)力筋要??；此外,結(jié)構(gòu)瀕臨破壞時(shí),體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增

10、量很大。因此,體外索的張拉控制應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)降低,以避免預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)期處于高應(yīng)力狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)的突然脆性破壞。體外預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力con不宜超過(guò)0.6fptk, 但為了充分發(fā)揮體外預(yù)應(yīng)力筋的強(qiáng)度con也不應(yīng)小于0.4fptk。當(dāng)要求部分抵消由于應(yīng)力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉等因素產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失時(shí),上述張拉控制應(yīng)力限值可提高0.05fptk。(4）為避免發(fā)生突然脆性的失效和節(jié)約材料, 體外預(yù)應(yīng)力筋截面不宜選得太大。體外預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量增加到一定程度后，再增加預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量不會(huì)提高結(jié)構(gòu)的極限承載力,此時(shí)增設(shè)的鋼筋僅能改變加固梁的破壞形態(tài)( 從彎曲破壞的形態(tài)變?yōu)樯喜炕炷潦軌簠^(qū)壓碎的脆性破壞形態(tài))。(5

11、）體外預(yù)應(yīng)力鋼筋直接暴露在外時(shí),預(yù)應(yīng)力筋補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮能夠進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力筋的檢查和檢測(cè),同時(shí)應(yīng)考慮在特殊情況下錨具更換或預(yù)應(yīng)力筋松錨重新張拉的需要。5結(jié)束語(yǔ)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)是加固既有鋼筋混凝土梁最有效的方法之一。體外預(yù)應(yīng)力加固既有鋼筋混凝土梁,加固概念明確效果明顯。利用體外預(yù)應(yīng)力對(duì)既有混凝土梁進(jìn)行加固，可從根本上提高梁的彎曲性能,能較大程度地恢復(fù)梁的撓度、提高梁的抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度。體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在結(jié)構(gòu)加固與改造工程中正發(fā)揮越來(lái)越重要的作用, 體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系的適用范圍非常廣泛，既可用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、特種結(jié)構(gòu)和建筑工程結(jié)構(gòu)等新建結(jié)構(gòu)，也可用于舊有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固和維修，同時(shí)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)還可用于臨時(shí)性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或施工臨時(shí)性鋼索，是一種值得推廣