預應力加固技術在混凝土框架梁中的應用

1、預應力加固技術在混凝土框架梁中的應用張亞琴（河北工業(yè)大學天津300000）摘 要 本文主要討論了混凝土框架梁的幾種預應力加固技術，對預應力加固的效應進行了分析。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。最后對體外預應力加固梁設計提出了幾點建議，希望能對業(yè)內(nèi)人士有所幫助。關鍵詞 混凝土框架梁；預應力加固；加固效應1 引言預應力加固混凝土框架梁就是在梁加固過程中有意識地建立永久的、與外部荷載作用效應相反的內(nèi)力和內(nèi)應力，以達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度，從而提高結構承載能力，確保結構能繼續(xù)安全有效地工作，達到加固的目的。因此，在某種意義上來說，

2、預應力加固不應該僅僅被看作是一項簡單的技術，而應作為加固的指導思想，即如何設法提高新加的結構(或材料)與原有結構(或材料)協(xié)同工作的可靠性。體外預應力結構體系的主要優(yōu)點是:簡化預應力筋曲線，減小摩阻損失;減小混凝土構件截面尺寸，減輕結構自重;可更換預應力筋，并便于在使用期內(nèi)檢測和維護;施工工藝簡便，由于預應力筋與混凝土截面分離，提高了混凝土的質(zhì)量和耐久性。本文主要介紹了預應力加固技術在混凝土框架梁中的應用。1 預應力筋主要張拉方式1.1 千斤頂張拉法這是一種用千斤頂在預應力筋的頂端進行張拉并錨固的方法。它較適用于魚腹筋，對于直線筋，由于在梁端放置千斤頂較為困難，因此往往不易實現(xiàn)。但有人研制了一

3、種外拉式千斤頂，加固時，將其放置在梁的中間部位啟動油泵即可張拉完成。見圖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加應力的方法。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易裝置，迫使加固筋由直變曲產(chǎn)生拉伸應變，從而在預應力筋中建立預應力。，將加固筋兩端錨固在原梁上，加固筋可以為彎折的下?lián)问?，也可以為直線式，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，即在其中建立了預應力。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），當擰動頂升螺栓絲6時，上下鋼板的距離變大，迫使加固筋下移，從而建立了預應力筋。圖人工豎向張拉1.4電熱張拉法電熱張拉法的工藝為：對加固筋通以低電壓的大電流，使加固筋發(fā)熱伸長，伸長值達到要求后切斷電流，并立即將兩端錨固。隨后，加固筋恢復到常溫而產(chǎn)生收縮變形，在加固筋中建立了預應力。2預應力加固效應分析預應力加固法與其他加固方法相比，具有一些獨特的加固特性或加固效應。2.1卸載效應采用預應力法對結構構件加固后.由于施加的預應力與原結構的外部荷載是反向的，預應力產(chǎn)生的內(nèi)力對原結構形成反向的平衡荷載，原結構的內(nèi)力或變形減小，再增加結構的荷載，由兩者共同分擔，這

5、樣就相應地提高了結構的承載力，對于即將破壞的結構，則使結構由臨界狀態(tài)回到安全狀態(tài)，或延遲結構的破壞，同時結構構件的變形減小，裂縫在一定程度上閉合。2.2彈塑性效應增加的預應力桿件系相當于在原結構構件外部增加了一個彈性支座，或使混凝土材料具有更良好的彈塑性，部分卸載后結構的強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化性能，外部桿件能隨結構荷載的增加同步地分擔荷載，因此，加固后結構的變形性能得到改善，具有明顯的彈性特征。2.3協(xié)調(diào)效應材料間應力應變滯后是影響加固效果的最主要因素之一，而預應力加固法能使加固材料與原結構有效地結合，提前分擔結構荷載，同時使原結構的內(nèi)力變形減小

6、，在一定程度上減小了新舊材料或結構間的應力應變水平的差距，消除了滯后效應，充分發(fā)揮了加固材料強度優(yōu)勢。3工程實例3.1工程概況某建筑物鋼筋混凝土梁由于各種原因需進行加固。該梁截面（寬高）為700mm1800mm、長為16000mm?；炷两Y構的加固方法很多，加固方法的選擇應根據(jù)可靠性鑒定結果、結構功能及加固原因，結合結構的特點、具體條件及功能要求等因素，并按加固效果可靠、施工簡便及經(jīng)濟合理原則。經(jīng)過對各種加固方法的對比，并結合該鋼筋混凝土梁的具體情況，選擇了采用預應力下?lián)问嚼瓧U，橫向張拉法進行加固。3.2體外預應力加固施工(1)構件基層處理。鏟去需加固構件表面的抹灰層和疏松層，并將構件表面洗凈

7、。(2)根據(jù)設計要求安裝預應力筋錨板、梁底墊筋。端部錨板預埋件采用鉆孔用16膨脹螺栓的方式進行錨固，螺栓孔系為水平孔。錨板根據(jù)圖紙要求整理，錨板場外加工完成，并根據(jù)現(xiàn)場螺栓孔的位置放樣鉆孔。螺栓孔通過電錘成孔，錨板通過臺鉆成孔。端部錨板的安裝程序為鉆孔-高壓氣流清孔-灌結構膠-埋入螺栓裝入錨板(鋼板與混凝土面用結構膠嵌填)-螺母擰緊。梁底鋼筋墊板用結構膠粘貼固定就位(結構膠粘貼面須表面處理)。(3)預應力筋的加工及安裝。預應力筋采用級圓鋼(fk=210kPa)鋼筋，現(xiàn)場下料,且整理前必須預拉調(diào)直，彎折成設計要求的角度，安裝就位，鋼筋與錨板通過焊接連接。(4)張拉。采用橫向張拉，張拉時先適當拉緊

8、螺栓，再逐漸放松，經(jīng)反復后，直至拉桿基本上平直且不松弛時為止，并記錄這時預應力鋼筋橫向位移量，作為控制橫向張拉量的初讀數(shù)。然后，再收緊螺帽，分兩次張拉到設計參數(shù)控制的單側橫向位移張拉量。(5)防火保護層。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水泥砂漿保護層,厚度不小于30mm。3.3加固效果評述加固后的梁進行了載荷試驗，達到了設計要求，并節(jié)省了工程造價，說明梁體外預應力加固按上述科學設計、精心施工，能夠保證加固構件的質(zhì)量，具有加固、卸載、減小結構內(nèi)力的三重效果。有效增加構件的承載力、剛度和抗裂性，并取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。 4體外預應力加固梁設計建議(1）

9、一般情況下，鋼筋混凝土框架結構采用直線體外預應力進行加固時，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應力加固方案，裂縫寬度的變化情況也相對較小，因此建議在單跨鋼筋混凝土框架用直線體外預應力。(2）建議在跨中增設轉向塊(支點)。加固梁最終破壞一般是由于跨中位置裂縫和撓度太大導致上部混凝土壓碎引起的。增設轉向塊雖不能起轉向的作用,但可使體外約束的變形與結構變形相一致,相應減小跨中撓度,并減小由于體外預應力束相對位置上移、偏心矩變化對加固梁的影響。(3）體外預應力筋由混凝土收縮、徐變及摩擦等引起的預應力損失比普通預應力混凝土梁預應力筋要?。淮送?結構瀕臨破壞時,體外預應力筋的應力增

10、量很大。因此,體外索的張拉控制應力應適當降低,以避免預應力筋長期處于高應力狀態(tài)以及結構的突然脆性破壞。體外預應力筋的張拉控制應力con不宜超過0.6fptk, 但為了充分發(fā)揮體外預應力筋的強度con也不應小于0.4fptk。當要求部分抵消由于應力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉等因素產(chǎn)生的預應力損失時,上述張拉控制應力限值可提高0.05fptk。(4）為避免發(fā)生突然脆性的失效和節(jié)約材料, 體外預應力筋截面不宜選得太大。體外預應力筋的數(shù)量增加到一定程度后，再增加預應力筋的數(shù)量不會提高結構的極限承載力,此時增設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、）體外預應力鋼筋直接暴露在外時,預應力筋補強設計時應考慮能夠進行體外預應力筋的檢查和檢測,同時應考慮在特殊情況下錨具更換或預應力筋松錨重新張拉的需要。5結束語體外預應力技術是加固既有鋼筋混凝土梁最有效的方法之一。體外預應力加固既有鋼筋混凝土梁,加固概念明確效果明顯。利用體外預應力對既有混凝土梁進行加固，可從根本上提高梁的彎曲性能,能較大程度地恢復梁的撓度、提高梁的抗彎強度及抗剪強度。體外預應力技術在結構加固與改造工程中正發(fā)揮越來越重要的作用, 體外預應力結構體系的適用范圍非常廣泛，既可用于預應力混凝土橋梁、特種結構和建筑工程結構等新建結構，也可用于舊有的鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構的重建、加固和維修，同時體外預應力技術還可用于臨時性預應力混凝土結構或施工臨時性鋼索，是一種值得推廣