混凝土結(jié)構(gòu)加固中高效預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的發(fā)展

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了實(shí)際工程中混凝土結(jié)構(gòu)加固中高效預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)，分析了這種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。并且介紹了高效預(yù)應(yīng)力加固法的研究現(xiàn)況以及一些關(guān)鍵技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu) 加固 高效預(yù)應(yīng)力

　　1引言

　　我國(guó)城鎮(zhèn)現(xiàn)有建筑面積近150億m3，其中約45億m3的房屋因長(zhǎng)期使用出現(xiàn)了安全性問題或已進(jìn)人功能退化期。每年新建結(jié)構(gòu)中也有部分建筑出現(xiàn)設(shè)計(jì)施工等方面的工程質(zhì)量事故。鑒于上述原因，對(duì)以上建筑進(jìn)行鑒定加固及維修改造是非常必要的。

　　我國(guó)現(xiàn)有的加固技術(shù)除預(yù)應(yīng)力加固法外，主要有增大截面加固法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、粘貼碳纖維板材加固法（包括嵌人式和預(yù)加應(yīng)力法）、局部置換法、外包不銹鋼網(wǎng)及粉聚合物砂漿加固法、改變傳力路徑加固法等。

　　2 高效預(yù)應(yīng)力加固法

　　預(yù)應(yīng)力加固法分為高效預(yù)應(yīng)力加固法和預(yù)應(yīng)力拉桿橫向收緊加固法兩種。高效預(yù)應(yīng)力加固法是指采用經(jīng)過防腐處理的帶有套管的鋼絞線或鍍鋅鋼絞線布置于被加固構(gòu)件體外，通過千斤頂張拉鋼絞線達(dá)到加固目的的一種加固方法。預(yù)應(yīng)力拉桿橫向收緊加固法采用的是Ⅰ級(jí)鋼筋或Ⅱ級(jí)鋼筋作為補(bǔ)強(qiáng)拉桿布置于被加固構(gòu)件上，通過人工橫向收緊螺栓的方法使鋼筋橫向收緊產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，達(dá)到加固的目的。

　　高效體外預(yù)應(yīng)力與現(xiàn)有的各種方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　�。�1）加固與卸載合而為一，共同工作性能好

　　高效預(yù)應(yīng)力加固結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力加固的同時(shí)可以對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸載。加固完成后，原結(jié)構(gòu)與新加預(yù)應(yīng)力筋共同承擔(dān)荷載，屬于一種主動(dòng)加固法。

　�。�2）強(qiáng)度、剛度同時(shí)加固

　　高效預(yù)應(yīng)力加固法在提高被加固構(gòu)件承載力的同時(shí)， 可使構(gòu)件反拱變形和裂縫寬度減小。

　�。�3）適用于超筋截面構(gòu)件的加固

　　高效預(yù)應(yīng)力加固法是在體外布索，與被加固構(gòu)件截面內(nèi)的配筋大小沒有直接聯(lián)系，體外預(yù)應(yīng)力作用是荷載平衡的概念。所以對(duì)超筋構(gòu)件加固同樣有效，這一點(diǎn)是前述的許多方法所不具備的。

　�。�4）對(duì)被加固構(gòu)件的承載力提高幅度較大

　　試驗(yàn)研究表明，高效預(yù)應(yīng)力加固法采用的高強(qiáng)低松弛鋼絞線的數(shù)量可根據(jù)需要量配置，其加固量比其它方法要大。根據(jù)荷載平衡原理，高效預(yù)應(yīng)力加固法可滿足現(xiàn)有使用要求下的所有補(bǔ)強(qiáng)加固的需要。

　　3 高效預(yù)應(yīng)力加固法的研究進(jìn)展

　　3.1 預(yù)應(yīng)力加固梁極限承載力研究

　　對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力梁極限承載力計(jì)算的研究主要集中在梁的正截面承載力，對(duì)于斜截面承載力的研究較少。長(zhǎng)期以來，人們是用傳統(tǒng)的體內(nèi)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的計(jì)算方法來計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的。二次效應(yīng)的研究是體外預(yù)應(yīng)力梁極限承載力研究的重要方面。影響二次效應(yīng)的因素很多，如轉(zhuǎn)向塊的個(gè)數(shù)和位置、預(yù)應(yīng)力筋的布置、梁的跨高比和有效預(yù)應(yīng)力的大小等。

　　目前，在體外預(yù)應(yīng)力梁的承載力研究方面，國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)均考慮二次效應(yīng)對(duì)梁極限承載力的影響，提出了許多計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力承載力的方法，主要有塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度法、彎矩一曲率法、計(jì)算機(jī)非線性有限元法以及利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力公式進(jìn)行修正。

　　3.2預(yù)應(yīng)力加固框架的研究

　　除了體外預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支與連續(xù)梁方面的研究， 劉航等對(duì)體外預(yù)應(yīng)力加固的混凝土框架梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)中對(duì)單跨框架梁和雙跨框架梁分別采用了直線筋和折線筋進(jìn)行了加固，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用體外預(yù)應(yīng)力筋加固后的框架梁在正常使用狀態(tài)下可減小梁的跨中撓度和裂縫寬度；在承載力極限狀態(tài)下可以提高構(gòu)件的極限抗彎承載力。此外，試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)折線筋在提高框架梁的綜合能力方面比直線筋好。沈穎坤等則對(duì)加固框架結(jié)構(gòu)在水平反復(fù)荷載作用下的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。主要取得了以下成果：

　�。�1）采用體外預(yù)應(yīng)力加固框架可以抵消部分豎向荷載，使框架應(yīng)力趨向平均化與整體受壓，從而改善被加固結(jié)構(gòu)的受力與變形性能。體外預(yù)應(yīng)力筋可以很好地與被加固結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，大幅度提高豎向承載力。

　�。�2）采用體外預(yù)應(yīng)力加固的框架在水平和豎向荷載作用下，框架應(yīng)力分布平均化，混凝土受拉區(qū)面積減小，框架整體強(qiáng)度剛度上升，最大水平承載力可提高20% ，加固后結(jié)構(gòu)在達(dá)到最大水平承載力后進(jìn)人一個(gè)較長(zhǎng)的屈服平臺(tái)，可見針對(duì)豎向荷載進(jìn)行的體外預(yù)應(yīng)力加固可以基本滿足一般框架結(jié)構(gòu)的小震不壞、大震不倒的抗震要求。

　�。�3）采用體外預(yù)應(yīng)力加固的框架在水平荷載作用下滯回曲線兼有PC和RC框架滯回曲線的特點(diǎn)。從滯回曲線可以看出，加固預(yù)應(yīng)力的作用提高了框架在水平荷載下的耗能能力和恢復(fù)力。

　�。�4）體外力筋的應(yīng)力在水平荷載作用下的變化趨勢(shì)有兩種：1）當(dāng)水平荷載較小、框架中裂縫發(fā)展的還不充分時(shí)，有水平荷作用時(shí)力筋的應(yīng)力下降；當(dāng)水平荷載歸零時(shí)力筋的應(yīng)力回升。2）當(dāng)水平荷載增大到一定大小時(shí)，框架中的裂縫發(fā)展完全、個(gè)別截面接近或進(jìn)人塑性鉸，而有水平荷載作用時(shí)力筋的應(yīng)力上升；當(dāng)水平荷載歸零時(shí)力筋的應(yīng)力變小，此時(shí)力筋的應(yīng)力變化幅度近似的與加固后結(jié)構(gòu)的水平位移成線性關(guān)系。在水平荷載作用下，隨著水平反復(fù)荷載的不斷增大， 體外力筋的應(yīng)力值也在上下波動(dòng)中緩慢衰減。應(yīng)力衰減的速度與水平荷載反復(fù)荷載大小、作用周期及框架結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度有關(guān)。

　　3.3 預(yù)應(yīng)力加固板的研究

　　目前，體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土梁和單向板的研究較多，加固雙向板的研究還沒有。這主要是由于板的受力分析比梁要復(fù)雜得多，加之體外預(yù)應(yīng)力則更難得到確切的解答。實(shí)際上，即使經(jīng)典的《板殼理論》也只能對(duì)一些規(guī)則形狀的板在簡(jiǎn)單的邊界及荷載條件下給出解析解。

　　不過，體外預(yù)應(yīng)力加固雙向板已有工程應(yīng)用。李延和等在處理某工程現(xiàn)澆樓板質(zhì)量事故時(shí)，就曾用體外預(yù)應(yīng)力加固雙向板，且在加固后對(duì)樓板作了靜載試驗(yàn)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)板的跨中撓度及其裂縫都有明顯減小。胡成通過單向體外預(yù)應(yīng)力加固雙向板的試驗(yàn)研究，得到單向體外預(yù)應(yīng)力加固鋼筋混凝土雙向板是一種有效的加固方法，它能有效地提高加固板的開裂荷載及極限荷載，改善板的抗裂與變形性能。經(jīng)單向體外預(yù)應(yīng)力加固的雙向板仍然具有較好的延性，并不因?yàn)閯偠鹊脑黾佣鴮?dǎo)致雙向板延性性能的大幅度降低。此外，加固板的剛度及鋼筋應(yīng)變的變化規(guī)律表明，提高預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制力、選擇合理的布筋型式以及增加預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量等均能有效地提高雙向板的加固效果。但相比之下，合理的預(yù)應(yīng)力筋布置型式對(duì)加固板的剛度和承載力的提高最為有效。在工程實(shí)踐中，建議采用“中密邊稀”的布筋方式加固雙向板。

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