预应力技术在建筑结构加固中的运用

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摘要:预应力技术作为一种重要的加固技术，可以显著提升建筑结构的稳定性，尤其是可以满足高层乃至超高层建筑结构承载需求，具有很强的推广价值。本文以预应力技术为研究对象，着重探究了其在建筑结构加固中的应用，以期为新时期建筑工程的加固作业提供参考。

关键词:建筑结构;设计;预应力

随着建筑行业的发展建筑物高度越来越高，规模也越来越大，这对结构的稳固性更是提出了更高的要求。传统的加固技术已经无法满足高层建筑结构的建设需求，必须要采取合理的结构加固技术。当前随着高层建筑的快速发展，预应力技术得到了广泛推广和应用，所以对该施工技术进行探究具有重要的现实意义。

1预应力混凝土技术的及发展研究

1．1预应力混凝土张拉锚固技术

自上世纪六十年代开始，我国首次研发并在建筑工程中应用了多种中低强度预应力混凝土钢筋张拉锚固技术，具体主要包括弗式锚体系、JM锚体系、高强钢丝敏头锚体系和螺丝端锚体系等。而在发展到上世纪七十年代中期后，我国初次编制了预应力混凝土锚夹具的常用定型图册，这为当时的建筑混凝土结构设计提供了良好的条件。而在发展到上世纪八十年代中期之后，在借鉴国外的一些先进技术和工艺的基础上，我国技术人员顺利地研发了预应力混凝土钢绞线群张拉锚固体系，其有效地解决了预应力混凝土施工过程中所涉及到的各种关键技术，尤其是此时我国所用的大吨位预应力混凝土锚具及其他配套的张拉设备均已经和国际发展保持一致。

1．2无粘结预应力混凝土成套技术

在上世纪八十年代中后期，我国的建筑施工技术得到了快速发展，此时开发研制了一系列预应力混凝土施工配套技术，具体包括单根钢绞线张拉锚固设备、无粘结预应力混凝土筋涂包设备和无粘结预应力混凝土结构设计技术规程等，这极大地促进了现浇预应力混凝土结构在我国建筑工程中的推广和应用。特别是在最近的二十年内，该预应力混凝土成套技术所涉及的推广面积已经高达一千万平方米以上，促使我国一大批建筑工程项目已经可以达到国际的先进水平。

1．3斜拉索产品成套技术

自上世纪八十年代中期开始，随着大跨度结构的预应力混凝土斜拉桥梁结构的兴起，为了促使我国建筑技术水平持续提升，我国线缆厂家开始和国内多家科研设计单位进行有效配合，同时此时也建成了我国当时国内最大的斜拉式桥线缆索成品生产线，也提升了我国斜拉桥技术水平。

1．4设计理论及标准规范的发展

在我国早期的预应力混凝土结构设计发展过程中，最初的设计理论主要是按照全预应力方法来进行设计。特别是自上世纪八十年代之后，我国预应力混凝土设计方面的理论得到了快速发展，同时也是其配套的工程规范得到了广泛推广和应用，具体的施工材料主要包括钢绞线标准;无粘结预应力混凝土钢筋标准;预应力混凝土用钢丝标准;预应力混凝土钢筋锚具和夹具;预应力连接器产品标准以及相应的技术规程;有关预应力混凝土设备及配套的施工标准规范;有关预应力结构的设计规范和施工规范等。

2预应力混凝土技术在加固施工中的应用

在钢筋混凝土受弯构件的正截面在承受抗弯承载力的时候，如果相应的承载力不满足施工要求，那么此时可以运用黏贴钢板或者碳纤维片材等方法来进行加固处理。但是在进行加固施工构件的时候，其本身已经存在一定内力，此时如果相应的内力数值比较大，在建筑构件达到其极限承载力的时候，相应的钢板或者碳纤维等加固纵筋应力和应变均比较小，此时加固纵筋无法充分发挥其应有的作用。通常而言，在加固建筑工程构件的过程中，要先卸载工程结构部件，尽量降低其初始应力值，但是恒载的卸载难度比较大，此时如果临时施加应力，会影响建筑工程施工的作业面，甚至可能影响施工的顺利开展。比如，针对那些建筑物上部存在几层梁的加固施工而言，一般需要自第一层开始就需要增设临时支撑，此时在加固上部建筑某层梁的时候，下部各层建筑梁也无法顺利投入使用，相应的施工费用也会比较高。实际上，建筑结构卸载的根本目的在于减少尽量减小加固施工过程中相应混凝土的初始应变值。基于此，此时建筑企业施工人员可以对相应的建筑构件施加预应力，尽量减少构件在初始弯矩作用下所产生的拉/压应变，以逐步提高建筑构件达到极限承载力状态时的钢筋应力和应变增量，从而充分发挥加固钢筋在提升建筑构件承载力方面的积极作用。

3预应力技术在碳纤维片材加固钢筋砼受弯构件中的应用

碳纤维作为一种重要的材料，具有比较高的强度，并且实际的施工工艺也比较简单，所以通过在钢筋混凝土受弯构件上进行粘贴碳纤维片材的方法可以起到很好地加固作用，并且该种加工施工工艺已经得到了广泛推广和应用。但是在加固相应建筑结构之前，其基本上已经存在初始应力，并且伴随着初始的压/压应变。而当受压区部位的混凝土结构达到其极限压应变承载力值的时候，相应的建筑结构构件已经基本上达到了其极限承载力，所以从最初加固混凝土结构构件开始到其达到极限承载力这个过程，混凝土应变增量直接关乎碳纤维片材的最终应力值。如果初始的应变值比较大，那么相应建筑结构构件在发生破坏的时候，相应的碳纤维片材应力值也相对较小，此时无法充分发挥其高强度，此时可以在钢筋混凝土结构上粘贴高强度碳纤维片材的时候，先对该施工材料施加预应力，以便为其提供初始的拉应力值，从而在建筑混凝土结构在出现破坏时全面提高碳纤维片材的应力，充分发挥其在加固预应力钢筋混凝土方面的积极作用。

4预应力技术在钢筋混凝土多跨连续梁加固中的应用

通常而言，两跨以上数目跨度的多跨连续梁可以划分成正弯矩区(跨中部位)和负弯矩区(支座部位附近)。如果梁的抗剪和抗弯承载力值不满足施工要求，那么需要对其进行加固处理操作，此时如果多跨梁跨中部位正弯矩区的抗弯承载力不满足施工要求，那么此时可以采用黏贴钢板或者碳纤维等方法来进行加固处理，该种加固施工方法比较简便。而如果多跨梁支座部位的负弯矩区域的抗弯承载力不满足承载力要求，那么一般加固法均不太理想，这主要是由于无法有效地解决纵筋锚固的问题。虽然有些设计人员通过增加梁下截面的面积来达到提高梁承载力的目的，但是这样不仅影响了建筑结构自身的使用功能，同时也增加了结构自身的重量，但是该种加固法在某些施工条件下不满足施工的要求，所以需要根据实际的施工情况来进行合理选择，以确保其施工的整体质量。在梁抗剪承载力不满足设计要求的过程中，也不太适合采用加固处理的方法，尤其是在整浇楼盖或者采用T形截面梁的过程中，可以根据实验探究来探究其加固的效果。通常而言采用碳纤维片材料或者粘贴U型钢板等方法可以在一定程度上提高其相应的抗剪承载力，但是U型加固钢筋的锚固却存在许多不利问题。在建筑构件即承受轴力和弯矩作用的状态下，随着轴向压力数值的不断增加(在合适范围内)，相应梁体的正截面承载力和斜截面承载力二者的数值也均会有所提升。此时我们可以对梁体实施增加预应力的方法，借助增加建筑结构构件轴向压力来实现。实际上，该预应力的增加主要通过体外预应力方式来进行实现。而就体外预应力加固施工的具体步骤而言，其具有简单易行等优点，具体实施流程主要包括以下几个主要环节:(1)要加工制作锚固节点和转向节点，均采用钢管和钢板二者满焊的焊接方式来确保焊接的质量，同时要做好焊接部位的防锈处理工作;(2)在梁体上合适的部位处进行开孔，并要进行节点安装操作。但是在开孔之前，必须要探明钢筋所在位置，不可对梁内已有钢筋造成损坏，同时需要做好锚固节点安装部位处钢筋和结构连接界面的清洁工作;(3)预应力筋穿束和张拉施工，但是在安装的时候，需要将4根钢筋整体穿入保护管套，并要采用无缝钢管来进行，同时张拉过程中要保持左右对称张拉方式;(4)灌浆操作。在预应力筋张拉完毕后，要严格按照规定的要求来灌入施工混凝土，并要做好相应的封端工作，确保处理的质量。此外，在实际的建筑工程中，梁体下部所设置的纵向钢筋大都会深入支座内部，并且在支座负弯矩区域内，上下部分的实际钢筋配备情况大都相差不大，即大都均是采用受压构件的对称式配筋方式。但是跨中截面部位处下部的受拉钢筋数量通常多余上部的受压钢筋数量，所以此时跨中截面部位和支座截面部位处会因轴力的作用而无法同时达到抗弯承载力的最大值。特别是在相应梁体的轴力过大状态下，其正截面所受承载力会进一步降低，此时所施加的轴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载力均满足标准限制，或者通过适当地增加预应力来使支座附近的承载力满足承载力要求，而跨中截面部位处仅需要进行简单地加固处理即可满足承载力所规定的要求。

5预应力技术在改变结构受力状态中的应用

通过在建筑结构中适当地增加或者减少一些杆件，那么就会对整体建筑结构的内力状态造成影响，使其发生增强或者降低的改变。特别是在框架结构中，通过增加适当数量的斜腹杆，可以在使其承受水平荷载作用的同时，结构内力和增加斜腹杆之前的应力状态相比是完全不同的，而如果通过在斜腹杆部位处预先施加预应力，相应的结构内力也会随之发生一些改变。实践研究表明，将框架底层两个中柱杆撤出之后，框架的整体内力值会发生比较大的改变，具体表现在梁柱端部弯矩值出现了增加，并且某些杆体截面部位处的弯矩值方向也随之发生了改变，所以抽柱之后的大部分构件均需要进行加固处理;但是如果在设置斜拉杆之后，又在相应部位施加了预拉力，且确保相应的框架弯矩图与之前保持一致，那么在改造框架结构的时候，可以采用该种方法来调节结构的内力，以便达到加固的目的。此外，鉴于斜拉杆预拉力的大小会对结构整体内力产生比较大的影响，所以主要需要考虑支座部位处的弯矩值，以便使其保持和抽柱之前内力的一致性。

作者:张智畯 单位:中国恒大集团重庆公司

参考文献

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