體外預應力加固技術在房屋建筑加固改造工程中的應用

劉繼創

摘要：體外預應力體系是將傳統預應力體系中布置于混凝土結構體內的預應力筋布置于承載結構主體截面之外以達到結構加固目的的技術體系。它通過與結構主體截面的錨固以及轉向實體來實現預應力的傳遞。不過當今社會，該技術較多的應用在橋梁工程加固改造的過程中，相反在房屋建筑的加固改造中，其應用還幾乎停留在探索性階段，主要是由于目前相關的設計及施工驗收標準規范尚未健全。雙向框架梁加固、板柱結構樓板加固、預應力簡支梁加固、抽柱后的框架梁加固的這幾種結構加固形式的應用基本涵蓋了房屋建筑加固改造工程中體外預應力的應用方式。

關鍵詞：體外預應力技術；房屋加固；改造

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

隨著我國經濟的不斷發展，城市建設的規模也在不斷擴大，人們為了增加房屋的有效使用面積、降低因改變使用性質而增加的房屋負荷、增加房屋在自然災害（地震、水災等）中的抗災害能力等一些原因而主客觀引起了房屋結構質量的變化。當房屋建筑的結構功能，如在建筑荷載、接建等方面出現改變時，或者當建筑出現材料強度不夠、配筋不足、未及時修補等質量問題時，都需要對其進行加固。為了保證房屋結構質量、滿足建筑的使用功能，這就有必要加強改善房屋結構加固工程技術的開發和應用。

一、什么是體外預應力加固技術

體外預應力體系是將傳統預應力體系中布置于混凝土結構體內的預應力筋布置于承載結構主體截面之外以達到結構加固目的的技術體系。預應力的傳遞過程則是通過與結構主體截面的錨固以及轉向實體來實現。該項技術在結構加固工程中十分實用。相對其他被動的加固方法，體外預應力體系不僅可以有效地改善結構受力性能、提高結構承載力和剛度、控制裂縫，還可以充分發揮材料的高抗拉性。

二、體外預應力技術的優缺點

1、體外預應力技術的優點

由于體外預應力技術將預應力筋置于體界面之外，因而結構截面大大減小，比如體外預應力梁，構造鋼筋和受壓鋼筋就只是布置在界面處，從而使梁腹板的變薄，重量變輕。并且減少了截面內的鋼筋需求，使工序變得相對簡單，既提高效率，同時使混凝土的質量更容易得到保證，孔道防腐材料的質量檢驗也更加容易，效果得以保證。更重要的是，置于體界面外的預應力筋可以根據實際受力情況調整，甚至更換，極其靈活。而且將應力的變化分部到全長，使其幅度變化小，降低了梁的破損考慮。再者，傳遞預應力則是通過與結構主體截面的錨固以及轉向實體來實現更是減小了摩擦應力的損失。

2、體外預應力技術的缺點

置于截面外的預應力筋易受外界因素的影響，如火災等。而如果在外的預應力筋長度過長的話，容易由于活載作用產生大的震動，故而限制其的自由長度十分重要。另一方面，錨固和轉向實體由于一些因素限制，如受力較大，構造復雜，體積笨重，因此對材質的要求十分高。況且從力學特性上分析，體外預應力筋在同一截面的變形，與其周圍結構主體來說其實是并不協調的。并且梁在極限的情況下容易發生脆性的損壞，從而造成安全隱患。

三、預應力施工技術工藝流程

在某工程施工過程中，預應力梁模板的安裝順序如下：梁模板的安裝、普通鋼盤與穿預應力盤的綁扎、安裝錨墊板、安裝間接鋼盤與封梁邊模板。梁端模板需要使用竹模板，孔道采用泡沫封閉；在非預應力鋼筋骨架綁完后，要穿螺旋管，確保位置符合設計要求，保持螺旋管在梁內呈現拋物線設置方式，最后進行混凝土澆筑。在每一個施工環節都需要完全按照相關的設計要求、圖紙要求以及技術規范，并結合經驗對施工環節進行有效控制，通過合理的管理與嚴格的施工質量管理，達到房屋建筑工程高質量要求。

四、體外預應力技術在房屋加固中的應用方式

1、體外預應力加固雙向交叉框架梁

首先根據結構使用功能設計活荷載標準值。其次采用體外預應力技術對框架梁進行加固以解決梁的極限抗裂能力和撓度問題。再者，采用折線布置形式的預應力筋，梁下和梁上支座折點處則采用鋼節點過渡。要注意的是，過大折點的位置不宜。另外還應該使接觸應力減小，接觸面增大，這樣可以有效避免預應力筋死彎的產生。最后仍然采用圓弧將梁底鋼托件與鋼索接觸面過渡，保證其與梁底連接可靠。

2、體外預應力加固板柱結構樓板

為滿足新的結構承載能力和使用功能要求，需要對樓板進行加固處理。若板面集中荷載分部比較均勻，折線布置的預應力索線形，十字交叉雙層的預應力布置，沿板跨對角線方向雙向分布的預應力筋布置均是不錯的選擇。同時，為產生較大的豎向反力，并且保證彎折角度不會超過極限范圍，預應力彎折點布置必須適當。十字交叉雙層預應力布置的采用，則表明應時刻注意雙方向預應力索的位置關系。

3、體外預應力加固預應力簡支梁

某預應力的簡支梁，工程特點顯示梁的一端支承在剪力墻上，在加固的過程中，設計體外張拉端節點，在此同時運用化學錨栓錨固在梁側和剪力墻外進行處理。但是應當注意，荷載提升比例是根據有效預應力的增加而提高的。故而在荷載作用相同的時候，應該適當減小梁的撓度及應力，從而使加固梁的良好性能得到充分發揮。

4、體外預應力加固抽柱后的框架梁

不難發現，相對于原結構，有時改造后其受力性變化巨大，因而在加固方案的選擇時必須將結構受力的特點、結構安全性和經濟合理性結合起來考慮。建議同時應用體外預應力和加大截面結合的綜合加固方法。施工過程中，預應力筋兩端分別錨固在框架柱上，豎向位置在梁截面高度內，以減少預應力筋張拉對框架柱的不利影響。同時增大混凝土梁截面。

五、房屋建筑加固中的體外預應力技術使用的現狀與前景

到目前為止，報道顯示加大截面加固法、外包鋼加固法、改變結構傳力途徑加固法、構件外部粘鋼加固法、構件外部粘碳纖維加固法等非預應力加固法多用于國內外的房屋加固過程當中。當然預應力加固法也是存在的，如利用I級或Ⅱ級鋼為補強拉桿的或者鋼絞線的。而用體外預應力加固方法中使用高強鋼絞線優點很多，顯然，應用體外預應力技術就可以在結構不停止使用的情況下對其進行加固，在此過程中省去了一些繁瑣工序，如制孔、穿索、壓漿等，這種方法既提高了施工效率同時受外界物理因素影響小，可謂一舉兩得。再者，砼的質量和耐久性由于預應力筋與砼分離得以提高；砼構件截面尺寸的減小減輕了結構自重；大梁加固使得外形更加美觀，房屋凈高也沒有受到很大影響。再者，很方便的就可以更換預應力筋（索），這種簡易工序使得檢測和維護的過程更加簡明。還有，鋼絞線由于夾具張拉，當然夾具自是安全可靠的，故而損失的安全預應力小。最后，柔性良好鋼絞線材料，使設計形狀和橫向張拉變得很容易。適當伸長鋼絞線，既可連續跨加固，又加強了結構的整體性。

但是，體外預應力技術在我國的調研尚未完全成熟，例如在要求很高的防腐蝕、防火、端節點的錨固、預應力張拉的實施等方面，短缺還是很明顯的，深入的研討以及應用還是勢在必行的。不過可以肯定的是，作為意義重大的體外預應力技術，在房屋加固改造工程中將會越來越成熟，巨大的經濟效益和社會效益也將隨之而來。

六、結語

半個多世紀的發展，體外預應力技術雖然進步了不少，但還是存在許多問題。不過預應力混凝土具有的優點也是顯而易見的，如結構安全可靠、節約材料、自重較小、構件的抗裂性好、剛度大等，從而它的發展也是迅速的，最明顯的變化是在橋梁加固方面，房屋加固亦在不斷趨近完善。相對于其他的加固方法，尤其是被動的加固方法，毫無疑問，體外預應力技術有著良好的應用前景。

參考文獻：

[1]劉航、李晨光等.體外預應力結構技術與工程應用.中國建筑工業出版社.2008.1

[2]鄭毅敏、熊學義等.體外預應力混凝土結構設計若干問題的探究[J].工業建筑.2002.5

[3]熊學玉.體外預應力結構設計[M].中國建筑工業出版社.2005

[4]李宏江.李萬恒，程壽山，等.體外預應力在某連續剛構橋加固中的應用及其效果分析.鐵道標準設計.2004（12）

[5]許曙東、錢英欣、劉航等.體外預應力加固技術在框架梁改造工程中的應用[J].建筑技術.2004（6）.