Ｉ程管理／１４９ 体外预应力法加固混凝土梁原理及施工工艺 刘晓娜 摘要：体外预应力法作为后张预应力体系的重要分支之一，因 值的确定主要依据于原来梁所用的混凝土强度，所以在继续受 荷以及破坏荷载下，混凝土抗压强度将是影响结构构件承载力 的重要因素之一。 其高效、经济且施工方便等优势，在建筑结构加固和改造工程中 发挥着越来越重要的作用。本文主要阐述了体外预应力法加固 混凝土梁的原理及其优势与适用范围，并介绍了体外预应力技 ２．预应力张拉控制值及原梁配筋率的影响：预应力钢筋中 术的施工工艺和施工要点。 关键词：体外预应力法；混凝土梁；结构加固；施工工艺 中图分类号：ＴＢ１ｌ４．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：ＣＮ４３—１０２７／Ｆ（２００９）８—１４９一Ｏ２ 作者：深圳市建工集团股份有限公司；广东，深圳，５２３０７３ 在现有房屋建筑结构中，混凝土构件常因设计失误、施工错 误、材质不符合要求；或因结构负荷增加、使用功能的改变；又或 者因为一些不可抗力因素，如地震、火灾等原因导致结构或构件 遭到严重的损害，需对房屋结构或构件进行加固。传统的结构 修复加固技术有很多种，如增大截面法、外包钢法等。 体外预应力法是后张预应力体系的重要分支之一，其概念 和方法产生于法国，７Ｏ年代末开始在工程中大量应用。随着体 外预应力技术飞速的发展，及其自身所具有的高效、经济且施工 简便等优势，近年来成为预应力技术的热点。目前，体外预应力 技术不仅在预应力混凝土桥梁和建筑结构工程的新建工程中得 到广泛应用，还在既有混凝土结构加固中发挥着越来越重要的 作用。 体外预应力加固法概述 （一）体外顸应力加固原理。 体外预应力加固法是将预应力钢筋置于结构的构件之外， 并对结构构件之外的预应力钢筋施加预应力，以达到提高构件 承载能力的一种加固方法。 采用体外预应力加固法对受弯构件进行承载能力加固时， 预应力钢筋多采用折线形连续筋，在梁中间部分布置在腹板两 侧并靠近梁底，在距梁端一定距离处向上弯起，形成一个由被加 固构件与下撑式拉索组成的复合超静定结构体系。 体外预应力加固梁的机理是对原梁施加一组自平衡力系， 该力系对原梁产生了与外荷载内力相反的内力，抵消了部分外 荷载，提高了构件的承载能力。 体外预应力加固后梁截面内力与原梁有所不同，体外预应 力加固梁在加载初期随着荷载的增加，梁的挠度增加很小，随着 荷载增加，加固梁的挠度增大，预应力通过拉筋与梁连接的锚固 点和支撑点反作用传递给梁，在预应力产生的等效反力作用下， 梁正截面受压，受荷工作状态变成压弯构件，同时产生与外荷方 向相反的卸载弯矩，使原梁内受拉钢筋应力减小，加固梁继续加 载，此时梁仍为压弯构件，体外拉筋成为拉杆，它与原梁钢筋共 同承担外加荷载，直至构件破坏。 对体外预应力加固钢筋混凝土梁的试验研究表明，加固梁 承载能力提高幅度与以下因素有关： ｉ．混凝土强度的影响：一般情况下，预应力钢筋的张拉控制 的有效预应力的大小是加固法的关键，而有效预应力数值的大 小与预应力钢筋的数量、面积以及张拉控制值等密切相关。在 加固梁中，预应力张拉控制值的大小以及原梁的配筋率都直接 影响了构件的极限承载能力，尤其是预应力张拉控制值的大小 是影响构件极限承载能力提高的关键。 （二）体外预应力加固法优缺点 体外预应力加固法是一种有效的主动加固方法，它有以下 优点： １．体外预应力加固法只对需加固的构件配置少量的预应力 钢筋，故对原结构的自重影响不大。 ２．体外预应力加固法克服了采用其他方法加固时加固材料 中普遍存在的应力效应滞后的缺陷，保证了新旧材料和结构的 整体性与协同工作。 ３．体外预应力加固法可充分发挥高强材料的强度，达到节 约材料，降低加固费用的目的，体现出良好的经济效应。 ４．体外预应力钢筋受力状况可检查，若钢筋出现锈蚀、应力 松弛等情况，预应力钢筋不满足加固要求，可进行更换，且施工 较容易。 ５．体外预应力加固法能较大提高原构件极限承载能力，还 可提高构件的抗裂度与抗渗性，提高构件的刚度，减小构件的 变形。 ６．施工工艺简单，工期较短，而且加固施工基本不影响房屋 的正常使用。 同时，体外预应力加固法也有自身的缺陷： ｉ．体外预应力钢筋具有一定使用年限，且防腐蚀及维护检 查要求高。这也是体外预应力混凝土长期以来没有得到充分发 展的原因。 ２．对体外预应力结构而言，锚固失效即意味着预应力的丧 失，应对锚头进行严格的防腐措施。 ３．极限状态下体外预应力梁的抗弯能力小于有粘结梁，并 且可能因延性不足而产生没有预兆的脆性破坏。 （三）体外预应力加固法适用范围。 ｉ．混凝土构件中钢筋严重锈蚀； ２．钢筋混凝土梁强度过低； ３．用于控制构件裂缝及降低钢筋的疲劳应力幅度。 二、体外预应力加固梁的施工工艺 体外预应力加固方法主要有水平拉杆法、下撑式拉杆法、组 合式拉杆法。本文主要介绍预应力下撑式拉杆、横向张拉的施 工工艺（如图１）。 １５０企业家天地·下旬刊／２００９／８ 图１ 体外预应力下撑式拉杆加固法 （一）施工准备。 １．施工工序。定位放线一预应力筋制作与安装一端部 锚板安装一一张拉一—一预应力钢筋的防火防腐处理。 ２．构件基层处理。铲去需加固构件表面的抹灰层和疏松 层，并将构件洗净。 （二）定位放线。 根据设计图纸，需对预应力钢筋进行定位放线，确定梁端转 向块、钢筋变折点、拉紧螺栓的位置。 （三）预应力钢筋的制作与安装。 预应力钢筋进场后，首先需调直，然后按设计要求弯折成 型。安装，并与端部锚板锚固固定。 （四）端部锚板安装。 端部锚板的安装程序为：钻孑Ｌ一高压气流清孑Ｌ一灌结 构胶一埋入螺栓一装入锚板一螺母拧紧。 钻孔时，应避免打断钢筋，需用钢筋探测仪对拟植入构件进 行钢筋探测，在拟植入区域标明钢筋位置。锚板与混凝土连接 的界面均需打磨清扫干净，并用结构胶嵌填。 （五）预应力的施工方法。 为了防止钢加工件变形和消除预应力钢筋的摩擦损失，预 应力钢筋张拉需采用分级张拉。 预应力的施加是利用Ｕ字形拉紧螺栓，用手工旋紧螺帽， 使梁侧的预应力钢筋向梁底中间位置靠拢，迫使加固筋由直变 曲产生拉伸应变，从而在加固筋中建立预应力。 在横向张拉之前，引伸仪初读数后，先将转折点处的支撑垫 板向外侧敲紧，对预应力筋进行初张拉，然后再通过拉紧螺栓横 向施加预应力。 对连续跨进行预应力张拉时，各跨应尽量保持同步。为此， 必须同时缓慢的拧紧螺栓，用量测预应力筋中距的办法进行控 制。当钢筋应力达到要求以后，在每只拉紧螺栓上旋上双螺帽 固定。 （六）防火防腐措施。 张拉完成后，需对弯折构件和锚固钢件、锚具等采用防火防 腐措施。在工程中多采用以下两种方法： １．仅在构件表面做防腐处理。对构件可采用涂抹黄油、外 包塑料布，缠上布条，刷上水柏油的方法进行防腐，或对构件表 面涂刷防火防腐涂料的方法，保证构件的防火防腐性能，提高构 件的耐久性。 ２．在构件表面作防腐处理后，再用Ｃ３０混凝土进行包裹。 如，可采用环氧胶泥对构件进行防腐处理，然后用混凝土进行 包裹。 三、施工要点与质量控制 用预应力法对混凝土梁加固施工时，应注意以下方面： （一）预应力钢筋及钢加工件。 预应力钢筋多采用 １２—９３０的钢筋或钢绞线束，当采用 预应力钢丝时，直径宜取 ４一甲８。 当预应力钢筋采用消除应力的光面钢丝进场检验时，其尺 寸、允许偏差与性能等应符合ＧＢ／Ｔ５２２３规定。钢丝表面不得 有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮、油迹和可见的麻坑。 张拉端锚具及预应力转向块这些钢加工件是否变形决定预 应力能否建立的关键，对运至现场的锚具，除检验出厂合格证 外，还要抽样进行硬度、探伤及锚固力试验，同样，对加紧螺栓和 预应力转向块等构件质量进行检验和验收，保证其有足够刚度， 能满足使用要求。 （二）预应力钢筋的施工。 在下撑式预应力筋弯折处的原梁底面上，应设置支承钢垫 板，其厚度应≥１０ｒａｍ，其宽度不小于厚度的四倍，其长度应与 被加固的梁宽相等。支承钢垫板与预应力筋之间应设置钢垫棒 或钢垫板，垫棒直径应≥２０ｍｍ，长度应不小于ｂ＋２ｄ＋４０（ｂ 为梁宽，ｄ为预应力筋直径）。 下撑式预应力筋的水平段与被加固梁底面间的净距离应＜ １００ｍｍ，以３Ｏ～８０ｒａｍ为宜。采用横向张拉法时，收紧螺栓的直 径应≥１６ｒａｍ，螺帽高度应不小于螺栓直径的１．５倍。 对连续梁进行预应力张拉时，摩擦损失会很大，张拉时应采 用两端张拉，并且在梁顶和梁底的转向块设置定位槽，以控制预 应力筋的偏摆，减小摩擦损失。 预应力筋的锚固应牢固可靠，不产生位移。 （三）预应力钢筋的防护。 张拉结束后，应对外露的加固筋进行防腐和防火处理。处 理的方法有喷涂水泥砂浆法和涂刷防锈防火涂料法，提高预应 力钢筋的耐久性能。 （四）柱抗剪能力加固。 柱作为垂直支撑面，在预应力施加后，其剪力将较大幅度增 加，因此需对柱子的抗剪能力进行验算，如抗剪承载力不足，需 采用碳纤维布等加固方法对柱子进行抗剪能力加固。 （五）楼面预应力筋高度控制。 因体外预应力筋最后需埋人楼面找平层内，预应力筋过高 找平层则过厚，楼面的恒载就会增加，影响安全。在张拉端，转 向块安装前应对楼板进行找平，将过高处混凝土凿掉，保证预应 力筋与楼面有相对合适的高度。 四、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 它能有效增加构件的承载力、刚度和抗裂性，并能取得很好 的经济效益和社会效益。体外预应力加固法在结构加固和改造 工程中正发挥越来越重要的作用，是一种值得推广的结构加固 技术。 参考文献： －１１３李晨光．体外预应力技术在加固改造中的应用ＥＪ］ 施工技术 １９９２，（０２）． Ｅ２３￣Ｓ淳清．体外预应力特征及其在加固中的应用ＥＪ］． 淮阴工学院 学报，２００６，（０３）． Ｅ３３．－￣冰．钢筋混凝土梁体外预应力加固方法ＥＪ］．工业建筑，２００７， （０３）． ［４］顾艳阳．体外预应力加固低强度钢筋混凝土简支梁的试验分析 ［ｊ］．工业建筑，２００６，增刊．． （责任编辑：柳玉华）