預應力技術在建筑結構加固中的運用

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摘要:預應力技術作為一種重要的加固技術，可以顯著提升建筑結構的穩定性，尤其是可以滿足高層乃至超高層建筑結構承載需求，具有很強的推廣價值。本文以預應力技術為研究對象，著重探究了其在建筑結構加固中的應用，以期為新時期建筑工程的加固作業提供參考。

關鍵詞:建筑結構;設計;預應力

隨著建筑行業的發展建筑物高度越來越高，規模也越來越大，這對結構的穩固性更是提出了更高的要求。傳統的加固技術已經無法滿足高層建筑結構的建設需求，必須要采取合理的結構加固技術。當前隨著高層建筑的快速發展，預應力技術得到了廣泛推廣和應用，所以對該施工技術進行探究具有重要的現實意義。

1預應力混凝土技術的及發展研究

1．1預應力混凝土張拉錨固技術

自上世紀六十年代開始，我國首次研發并在建筑工程中應用了多種中低強度預應力混凝土鋼筋張拉錨固技術，具體主要包括弗式錨體系、JM錨體系、高強鋼絲敏頭錨體系和螺絲端錨體系等。而在發展到上世紀七十年代中期后，我國初次編制了預應力混凝土錨夾具的常用定型圖冊，這為當時的建筑混凝土結構設計提供了良好的條件。而在發展到上世紀八十年代中期之后，在借鑒國外的一些先進技術和工藝的基礎上，我國技術人員順利地研發了預應力混凝土鋼絞線群張拉錨固體系，其有效地解決了預應力混凝土施工過程中所涉及到的各種關鍵技術，尤其是此時我國所用的大噸位預應力混凝土錨具及其他配套的張拉設備均已經和國際發展保持一致。

1．2無粘結預應力混凝土成套技術

在上世紀八十年代中后期，我國的建筑施工技術得到了快速發展，此時開發研制了一系列預應力混凝土施工配套技術，具體包括單根鋼絞線張拉錨固設備、無粘結預應力混凝土筋涂包設備和無粘結預應力混凝土結構設計技術規程等，這極大地促進了現澆預應力混凝土結構在我國建筑工程中的推廣和應用。特別是在最近的二十年內，該預應力混凝土成套技術所涉及的推廣面積已經高達一千萬平方米以上，促使我國一大批建筑工程項目已經可以達到國際的先進水平。

1．3斜拉索產品成套技術

自上世紀八十年代中期開始，隨著大跨度結構的預應力混凝土斜拉橋梁結構的興起，為了促使我國建筑技術水平持續提升，我國線纜廠家開始和國內多家科研設計單位進行有效配合，同時此時也建成了我國當時國內最大的斜拉式橋線纜索成品生產線，也提升了我國斜拉橋技術水平。

1．4設計理論及標準規范的發展

在我國早期的預應力混凝土結構設計發展過程中，最初的設計理論主要是按照全預應力方法來進行設計。特別是自上世紀八十年代之后，我國預應力混凝土設計方面的理論得到了快速發展，同時也是其配套的工程規范得到了廣泛推廣和應用，具體的施工材料主要包括鋼絞線標準;無粘結預應力混凝土鋼筋標準;預應力混凝土用鋼絲標準;預應力混凝土鋼筋錨具和夾具;預應力連接器產品標準以及相應的技術規程;有關預應力混凝土設備及配套的施工標準規范;有關預應力結構的設計規范和施工規范等。

2預應力混凝土技術在加固施工中的應用

在鋼筋混凝土受彎構件的正截面在承受抗彎承載力的時候，如果相應的承載力不滿足施工要求，那么此時可以運用黏貼鋼板或者碳纖維片材等方法來進行加固處理。但是在進行加固施工構件的時候，其本身已經存在一定內力，此時如果相應的內力數值比較大，在建筑構件達到其極限承載力的時候，相應的鋼板或者碳纖維等加固縱筋應力和應變均比較小，此時加固縱筋無法充分發揮其應有的作用。通常而言，在加固建筑工程構件的過程中，要先卸載工程結構部件，盡量降低其初始應力值，但是恒載的卸載難度比較大，此時如果臨時施加應力，會影響建筑工程施工的作業面，甚至可能影響施工的順利開展。比如，針對那些建筑物上部存在幾層梁的加固施工而言，一般需要自第一層開始就需要增設臨時支撐，此時在加固上部建筑某層梁的時候，下部各層建筑梁也無法順利投入使用，相應的施工費用也會比較高。實際上，建筑結構卸載的根本目的在于減少盡量減小加固施工過程中相應混凝土的初始應變值?；诖耍藭r建筑企業施工人員可以對相應的建筑構件施加預應力，盡量減少構件在初始彎矩作用下所產生的拉/壓應變，以逐步提高建筑構件達到極限承載力狀態時的鋼筋應力和應變增量，從而充分發揮加固鋼筋在提升建筑構件承載力方面的積極作用。

3預應力技術在碳纖維片材加固鋼筋砼受彎構件中的應用

碳纖維作為一種重要的材料，具有比較高的強度，并且實際的施工工藝也比較簡單，所以通過在鋼筋混凝土受彎構件上進行粘貼碳纖維片材的方法可以起到很好地加固作用，并且該種加工施工工藝已經得到了廣泛推廣和應用。但是在加固相應建筑結構之前，其基本上已經存在初始應力，并且伴隨著初始的壓/壓應變。而當受壓區部位的混凝土結構達到其極限壓應變承載力值的時候，相應的建筑結構構件已經基本上達到了其極限承載力，所以從最初加固混凝土結構構件開始到其達到極限承載力這個過程，混凝土應變增量直接關乎碳纖維片材的最終應力值。如果初始的應變值比較大，那么相應建筑結構構件在發生破壞的時候，相應的碳纖維片材應力值也相對較小，此時無法充分發揮其高強度，此時可以在鋼筋混凝土結構上粘貼高強度碳纖維片材的時候，先對該施工材料施加預應力，以便為其提供初始的拉應力值，從而在建筑混凝土結構在出現破壞時全面提高碳纖維片材的應力，充分發揮其在加固預應力鋼筋混凝土方面的積極作用。

4預應力技術在鋼筋混凝土多跨連續梁加固中的應用

通常而言，兩跨以上數目跨度的多跨連續梁可以劃分成正彎矩區(跨中部位)和負彎矩區(支座部位附近)。如果梁的抗剪和抗彎承載力值不滿足施工要求，那么需要對其進行加固處理操作，此時如果多跨梁跨中部位正彎矩區的抗彎承載力不滿足施工要求，那么此時可以采用黏貼鋼板或者碳纖維等方法來進行加固處理，該種加固施工方法比較簡便。而如果多跨梁支座部位的負彎矩區域的抗彎承載力不滿足承載力要求，那么一般加固法均不太理想，這主要是由于無法有效地解決縱筋錨固的問題。雖然有些設計人員通過增加梁下截面的面積來達到提高梁承載力的目的，但是這樣不僅影響了建筑結構自身的使用功能，同時也增加了結構自身的重量，但是該種加固法在某些施工條件下不滿足施工的要求，所以需要根據實際的施工情況來進行合理選擇，以確保其施工的整體質量。在梁抗剪承載力不滿足設計要求的過程中，也不太適合采用加固處理的方法，尤其是在整澆樓蓋或者采用T形截面梁的過程中，可以根據實驗探究來探究其加固的效果。通常而言采用碳纖維片材料或者粘貼U型鋼板等方法可以在一定程度上提高其相應的抗剪承載力，但是U型加固鋼筋的錨固卻存在許多不利問題。在建筑構件即承受軸力和彎矩作用的狀態下，隨著軸向壓力數值的不斷增加(在合適范圍內)，相應梁體的正截面承載力和斜截面承載力二者的數值也均會有所提升。此時我們可以對梁體實施增加預應力的方法，借助增加建筑結構構件軸向壓力來實現。實際上，該預應力的增加主要通過體外預應力方式來進行實現。而就體外預應力加固施工的具體步驟而言，其具有簡單易行等優點，具體實施流程主要包括以下幾個主要環節:(1)要加工制作錨固節點和轉向節點，均采用鋼管和鋼板二者滿焊的焊接方式來確保焊接的質量，同時要做好焊接部位的防銹處理工作;(2)在梁體上合適的部位處進行開孔，并要進行節點安裝操作。但是在開孔之前，必須要探明鋼筋所在位置，不可對梁內已有鋼筋造成損壞，同時需要做好錨固節點安裝部位處鋼筋和結構連接界面的清潔工作;(3)預應力筋穿束和張拉施工，但是在安裝的時候，需要將4根鋼筋整體穿入保護管套，并要采用無縫鋼管來進行，同時張拉過程中要保持左右對稱張拉方式;(4)灌漿操作。在預應力筋張拉完畢后，要嚴格按照規定的要求來灌入施工混凝土，并要做好相應的封端工作，確保處理的質量。此外，在實際的建筑工程中，梁體下部所設置的縱向鋼筋大都會深入支座內部，并且在支座負彎矩區域內，上下部分的實際鋼筋配備情況大都相差不大，即大都均是采用受壓構件的對稱式配筋方式。但是跨中截面部位處下部的受拉鋼筋數量通常多余上部的受壓鋼筋數量，所以此時跨中截面部位和支座截面部位處會因軸力的作用而無法同時達到抗彎承載力的最大值。特別是在相應梁體的軸力過大狀態下，其正截面所受承載力會進一步降低，此時所施加的軸向力大小需要使得跨中部位梁截面和支座附近梁截面的承載力均滿足標準限制，或者通過適當地增加預應力來使支座附近的承載力滿足承載力要求，而跨中截面部位處僅需要進行簡單地加固處理即可滿足承載力所規定的要求。

5預應力技術在改變結構受力狀態中的應用

通過在建筑結構中適當地增加或者減少一些桿件，那么就會對整體建筑結構的內力狀態造成影響，使其發生增強或者降低的改變。特別是在框架結構中，通過增加適當數量的斜腹桿，可以在使其承受水平荷載作用的同時，結構內力和增加斜腹桿之前的應力狀態相比是完全不同的，而如果通過在斜腹桿部位處預先施加預應力，相應的結構內力也會隨之發生一些改變。實踐研究表明，將框架底層兩個中柱桿撤出之后，框架的整體內力值會發生比較大的改變，具體表現在梁柱端部彎矩值出現了增加，并且某些桿體截面部位處的彎矩值方向也隨之發生了改變，所以抽柱之后的大部分構件均需要進行加固處理;但是如果在設置斜拉桿之后，又在相應部位施加了預拉力，且確保相應的框架彎矩圖與之前保持一致，那么在改造框架結構的時候，可以采用該種方法來調節結構的內力，以便達到加固的目的。此外，鑒于斜拉桿預拉力的大小會對結構整體內力產生比較大的影響，所以主要需要考慮支座部位處的彎矩值，以便使其保持和抽柱之前內力的一致性。

作者:張智畯 單位:中國恒大集團重慶公司

參考文獻

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