预应力加固技术在混凝土框架梁中的应用

1、预应力加固技术在混凝土框架梁中的应用张亚琴（河北工业大学天津300000）摘 要 本文主要讨论了混凝土框架梁的几种预应力加固技术，对预应力加固的效应进行了分析。并以某综合楼框架梁的加固为例，阐述了其施工工艺流程及施工措施。最后对体外预应力加固梁设计提出了几点建议，希望能对业内人士有所帮助。关键词 混凝土框架梁；预应力加固；加固效应1 引言预应力加固混凝土框架梁就是在梁加固过程中有意识地建立永久的、与外部荷载作用效应相反的内力和内应力，以达到卸除框架梁的部分外力，改善其在不同条件下的变形性能或提高其强度，从而提高结构承载能力，确保结构能继续安全有效地工作，达到加固的目的。因此，在某种意义上来说，预应力加固不应该仅仅被看作是一项简单的技术，而应作为加固的指导思想，即如何设法提高新加的结构(或材料)与原有结构(或材料)协同工作的可靠性。体外预应力结构体系的主要优点是:简化预应力筋曲线，减小摩阻损失;减小混凝土构件截面尺寸，减轻结构自重;可更换预应力筋，并便于在使用期内检测和维护;施工工艺简便，由于预应力筋与混凝土截面分离，提高了混凝土的质量和耐久性。本文主要介绍了预应力加固技术在混凝土框架梁

2、中的应用。1 预应力筋主要张拉方式1.1 千斤顶张拉法这是一种用千斤顶在预应力筋的顶端进行张拉并锚固的方法。它较适用于鱼腹筋，对于直线筋，由于在梁端放置千斤顶较为困难，因此往往不易实现。但有人研制了一种外拉式千斤顶，加固时，将其放置在梁的中间部位启动油泵即可张拉完成。见图1。图一. 体外千斤顶张拉法1.2 横向张拉法这是一种横向预加应力的方法。其原理是在加固筋两端被锚固的情况下，利用扳手和螺栓等简易装置，迫使加固筋由直变曲产生拉伸应变，从而在预应力筋中建立预应力。，将加固筋两端锚固在原梁上，加固筋可以为弯折的下撑式，也可以为直线式，每隔一定距离用撑杆（角钢或粗钢筋）撑在两根加固筋之间，在撑杆间设置U行螺丝，把2根加固筋横向收紧拉拢，即在其中建立了预应力。图二. 人工横向收敛法1.3 竖向张拉法它包括人工竖向张拉法和千斤顶竖向张拉法两种。图为人工竖向顶撑张拉，图中3为固定在梁底面的上钢板，4为焊接在加固筋上的下钢板（其上焊有螺母），当拧动顶升螺栓丝6时，上下钢板的距离变大，迫使加固筋下移，从而建立了预应力筋。图人工竖向张拉1.4电热张拉法电热张拉法的工艺为：对加固筋通以低电压的大电流，使

3、加固筋发热伸长，伸长值达到要求后切断电流，并立即将两端锚固。随后，加固筋恢复到常温而产生收缩变形，在加固筋中建立了预应力。2预应力加固效应分析预应力加固法与其他加固方法相比，具有一些独特的加固特性或加固效应。2.1卸载效应采用预应力法对结构构件加固后.由于施加的预应力与原结构的外部荷载是反向的，预应力产生的内力对原结构形成反向的平衡荷载，原结构的内力或变形减小，再增加结构的荷载，由两者共同分担，这样就相应地提高了结构的承载力，对于即将破坏的结构，则使结构由临界状态回到安全状态，或延迟结构的破坏，同时结构构件的变形减小，裂缝在一定程度上闭合。2.2弹塑性效应增加的预应力杆件系相当于在原结构构件外部增加了一个弹性支座，或使混凝土材料具有更良好的弹塑性，部分卸载后结构的强度一变形曲线退回到弹性阶段;此外，由于加固用钢材具有良好的延性和强化性能，外部杆件能随结构荷载的增加同步地分担荷载，因此，加固后结构的变形性能得到改善，具有明显的弹性特征。2.3协调效应材料间应力应变滞后是影响加固效果的最主要因素之一，而预应力加固法能使加固材料与原结构有效地结合，提前分担结构荷载，同时使原结构的内力变形减小

4、，在一定程度上减小了新旧材料或结构间的应力应变水平的差距，消除了滞后效应，充分发挥了加固材料强度优势。3工程实例3.1工程概况某建筑物钢筋混凝土梁由于各种原因需进行加固。该梁截面（宽高）为700mm1800mm、长为16000mm。混凝土结构的加固方法很多，加固方法的选择应根据可靠性鉴定结果、结构功能及加固原因，结合结构的特点、具体条件及功能要求等因素，并按加固效果可靠、施工简便及经济合理原则。经过对各种加固方法的对比，并结合该钢筋混凝土梁的具体情况，选择了采用预应力下撑式拉杆，横向张拉法进行加固。3.2体外预应力加固施工(1)构件基层处理。铲去需加固构件表面的抹灰层和疏松层，并将构件表面洗净。(2)根据设计要求安装预应力筋锚板、梁底垫筋。端部锚板预埋件采用钻孔用16膨胀螺栓的方式进行锚固，螺栓孔系为水平孔。锚板根据图纸要求制作，锚板场外加工完成，并根据现场螺栓孔的位置放样钻孔。螺栓孔通过电锤成孔，锚板通过台钻成孔。端部锚板的安装程序为钻孔-高压气流清孔-灌结构胶-埋入螺栓装入锚板(钢板与混凝土面用结构胶嵌填)-螺母拧紧。梁底钢筋垫板用结构胶粘贴固定就位(结构胶粘贴面须表面处理)。(3

5、)预应力筋的加工及安装。预应力筋采用级圆钢(fk=210kPa)钢筋，现场下料,且制作前必须预拉调直，弯折成设计要求的角度，安装就位，钢筋与锚板通过焊接连接。(4)张拉。采用横向张拉，张拉时先适当拉紧螺栓，再逐渐放松，经反复后，直至拉杆基本上平直且不松弛时为止，并记录这时预应力钢筋横向位移量，作为控制横向张拉量的初读数。然后，再收紧螺帽，分两次张拉到设计参数控制的单侧横向位移张拉量。(5)防火保护层。用直径1.52.0mm的软钢丝缠绕加固后的拉杆及附件，然后抹12.5水泥砂浆保护层,厚度不小于30mm。3.3加固效果评述加固后的梁进行了载荷试验，达到了设计要求，并节省了工程造价，说明梁体外预应力加固按上述科学设计、精心施工，能够保证加固构件的质量，具有加固、卸载、减小结构内力的三重效果。有效增加构件的承载力、刚度和抗裂性，并取得了很好的经济效益和社会效益。 4体外预应力加固梁设计建议(1）一般情况下，钢筋混凝土框架结构采用直线体外预应力进行加固时，在正常使用极限状态下，梁的跨中扰度的减小幅度明显小于折线预应力加固方案，裂缝宽度的变化情况也相对较小，因此建议在单跨钢筋混凝土框架用直线体外

6、预应力。(2）建议在跨中增设转向块(支点)。加固梁最终破坏一般是由于跨中位置裂缝和挠度太大导致上部混凝土压碎引起的。增设转向块虽不能起转向的作用,但可使体外约束的变形与结构变形相一致,相应减小跨中挠度,并减小由于体外预应力束相对位置上移、偏心矩变化对加固梁的影响。(3）体外预应力筋由混凝土收缩、徐变及摩擦等引起的预应力损失比普通预应力混凝土梁预应力筋要小；此外,结构濒临破坏时,体外预应力筋的应力增量很大。因此,体外索的张拉控制应力应适当降低,以避免预应力筋长期处于高应力状态以及结构的突然脆性破坏。体外预应力筋的张拉控制应力con不宜超过0.6fptk, 但为了充分发挥体外预应力筋的强度con也不应小于0.4fptk。当要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉等因素产生的预应力损失时,上述张拉控制应力限值可提高0.05fptk。(4）为避免发生突然脆性的失效和节约材料, 体外预应力筋截面不宜选得太大。体外预应力筋的数量增加到一定程度后，再增加预应力筋的数量不会提高结构的极限承载力,此时增设的钢筋仅能改变加固梁的破坏形态( 从弯曲破坏的形态变为上部混凝土受压区压碎的脆性破坏形态)。(5）体外预应力钢筋直接暴露在外时,预应力筋补强设计时应考虑能够进行体外预应力筋的检查和检测,同时应考虑在特殊情况下锚具更换或预应力筋松锚重新张拉的需要。5结束语体外预应力技术是加固既有钢筋混凝土梁最有效的方法之一。体外预应力加固既有钢筋混凝土梁,加固概念明确效果明显。利用体外预应力对既有混凝土梁进行加固，可从根本上提高梁的弯曲性能,能较大程度地恢复梁的挠度、提高梁的抗弯强度及抗剪强度。体外预应力技术在结构加固与改造工程中正发挥越来越重要的作用, 体外预应力结构体系的适用范围非常广泛，既可用于预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑工程结构等新建结构，也可用于旧有的钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的重建、加固和维修，同时体外预应力技术还可用于临时性预应力混凝土结构或施工临时性钢索，是一种值得推广的结构加固技术。参考文献1曹双寅,丘洪兴,王恒华.结构可靠性鉴定与加固技术M.北京中国水利水电出版社,200史丽远,郑志东.体外预应力在加固工程中的应用研究J.福建建筑,2002(1).赵夕来.钢筋混凝土梁体外预应力加固简化计算方法J.安徽建筑,2005(5).

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