建筑结构预应力加固技术问题的几点研究

摘要：当工程结构遭受地震破坏，或由于结构设计与施工失误、建筑物使用功能变更与增层、老旧建筑设防标准过低、抗震规范条款变动等因素都必须对结构进行抗震加固，以提高结构的抗震性能。对于大量既有建筑，特别是GBJ11-89抗震规范实施以前建造的建筑，均需要进行抗震鉴定与加固。因此，为了有效减轻地震灾害，在研究结构抗震设计理论与方法的同时，还应该加强对既有建筑抗震加固方法的研究。本文对预应力技术在加固设计和施工方面的应用做了进一步探讨。在加固设计时,可以通过施加预应力改变结构的内力,提高构件的承载力,在加固施工时,通过施加预应力,可使得加固纵筋得到充分利用。

关键词：预应力技术 加固 设计

随着人们消费观念的改变，采用预应力加固法也越来越广泛，这种方法不仅施工方便、经济，而且加固效果好尤其是当预应力加固筋的布置与外弯矩图形相似，此法既可大幅度提高原梁的受弯承载力，又可显著提高原梁的受剪承载力。

一、我国预应力砼技术取得主要成就

1、预应力砼张拉锚固技术的发展

六、七十年代，我国研究开发了多种中低强度预应力砼筋张拉锚固技术，主要有螺丝端杆锚固技术、高强钢丝敏头锚体系、JM锚体系、弗氏锚体系等。七十年代中期，编制出版了常用预应力砼锚夹具定型图册。

八十年代中后期，我国技术人员跟踪国际先进水平，成功地开发了预应力砼钢绞线群锚张拉锚固体系，较好地解决了预应力砼施工中的关键技术，特别是大吨位(200――10000kN级)预应力砼锚具及配套张拉设备，达到了国际先进水平，1988年该成果被《科技日报》评选为1987年度全国十大科技成就之一。

2、无粘结预应力砼成套技术

八十年代中期，我国开发研制成功的无粘结预应力砼筋涂包设备、单根钢绞线张拉锚固设备、无粘结预应力砼结构设计技术规程等配套技术，促进了我国建筑工程中现浇预应力砼结构的发展。近二十年来，无粘结预应力砼结构累计推广使用面积达到一千万平方米以上，出现了一大批有代表性的、达到国际先进水平的工程项目。

3、斜拉索产品成套技术

八十年代中期，我国开始兴建大跨度预应力砼斜拉桥，为解决工程需要，上海浦江缆索厂与多家科研设计单位配合，建成了我国最大的斜拉桥缆索成品生产线，使我国的斜拉桥技术达到世界领先水平。

4、设计理论及标准规范的发展

早期的预应力混凝土结构设计理论是按全预应力方法设计，八十年代初期以后，发展了部分预应力砼设计理论，目前预应力砼工程相应的规程规范已基本配套。主要有材料方面的预应力混凝土用钢丝、钢绞线标准；无粘结预应力砼筋标准；专用油脂标准；预应力砼筋用锚具、夹具、连接器产品标准及应用技术规程；各种预应力砼设备及产品标准；各种结构设计及施工规范。

二、预应力技术在加固施工中的应用

当钢筋混凝土受弯构件正截面抗弯承载力不满足要求时,可采用粘贴碳纤维片材或粘贴钢板的方法进行加固,但在加固施工时构件已存在内力,如果初始内力比较大,在构件达到极限承载力时,加固纵筋(碳纤维、钢板)的应变较小,其应力也就比较小,加固纵筋将不能得到充分发挥。为了使加固纵筋得到充分发挥,通常在加固施工时,要求对结构进行卸载,减小构件的初始内力,但对于恒载卸载比较困难,如加临时,不仅会影响施工时的工作面,而且有时也无法实施,比如要加固建筑物上部几层的梁,可能从一层就要做临时支撑,这样对上部某层梁进行加固时,下部各层也不能使用,施工费用也会比较高。实际上卸载的目的就是为了减小加固施工时混凝土的初始应变,此时可预先对构件施加预应力,使受压区产生拉应力,受拉区产生压应力,减小构件在初弯矩作用下的拉应变和压应变,以提高构件达到极限承载力时的应变增量和加固钢筋的应力,使加固钢筋得到充分发挥。

三、预应力技术在碳纤维片材加固钢筋混凝土受弯构件中的应用

碳纤维具有较高的强度,而且施工也比较简单,所以采用粘贴碳纤维片材对钢筋混凝土受弯构件进行加固的方法得到广泛的应用,但由于加固前结构已存在初始内力,混凝土已有初始的压应变和拉应变,当压区混凝土压应变达到混凝土的极限压应变时,构件达到极限承载力,从加固到构件达到极限承载力,混凝土的应变增量决定了碳纤维片材的最终应力。如初始应变较大,构件破坏时碳纤维片材的应力较小,其强度高的特点也就得不到充分发挥,可在粘贴碳纤维片材时,先对碳纤维片材施加预应力,使其有初始拉应力,从而提高构件破坏时碳纤维片材的应力,使其得到充分发挥。

四、预应力技术在改变结构受力状态中的应用

在结构中增加一些杆件,结构的内力将会发生改变,如图1,在框架结构中,增加斜腹杆,受水平荷载作用时,结构的内力与不设斜腹杆相比将完全不同,如通过斜腹杆预先施加预拉力,结构的内力也将改变。如图2为某框架在竖向荷载作用下的弯矩图,图3为将框架底层两个中柱抽出后在竖向荷载作用下弯矩图,图4为设置斜拉杆并施加预拉力后的弯矩图,由图3可以看出,将框架底层两个中柱抽出后框架的内力产生了较大变化,不仅梁柱端部的弯矩在量上增加了很多,而且在某些截面的弯矩方向也发生了变化,因此抽柱后大部分构件都要进行加固处理。由图4知,设置斜拉杆并施加预拉力后,框架的弯矩图与抽柱前基本相同,所以在框架结构抽柱改造时,我们可以通过增设斜拉杆并施加预应力的方法,调节结构的内力,达到加固的目的。当然斜拉杆预拉力大小,对结构的内力会有较大影响,主要是支应处的弯矩,这就需要选择一个合理的预拉力,使得抽柱前后的内力基本相同。

参考文献

1程文等，混凝土结构.北京:中国建筑工业出版社,2001

2赵考重等，预应力卸载法在混凝土受弯构件加固施工中的应用.建筑技术开发,2003,(5)