混凝土结构加固中高效预应力加固技术的发展
摘要：本文简要介绍了实际工程中混凝土结构加固中高效预应力加固技术，分析了这种方法的优缺点。并且介绍了高效预应力加固法的研究现况以及一些关键技术。
关键词：混凝土结构 加固 高效预应力
1引言
我国城镇现有建筑面积近150亿m3，其中约45亿m3的房屋因长期使用出现了安全性问题或已进人功能退化期。每年新建结构中也有部分建筑出现设计施工等方面的工程质量事故。鉴于上述原因，对以上建筑进行鉴定加固及维修改造是非常必要的。
我国现有的加固技术除预应力加固法外，主要有增大截面加固法、外包钢加固法、粘钢加固法、粘贴碳纤维板材加固法（包括嵌人式和预加应力法）、局部置换法、外包不锈钢网及粉聚合物砂浆加固法、改变传力路径加固法等。
2 高效预应力加固法
预应力加固法分为高效预应力加固法和预应力拉杆横向收紧加固法两种。高效预应力加固法是指采用经过防腐处理的带有套管的钢绞线或镀锌钢绞线布置于被加固构件体外，通过千斤顶张拉钢绞线达到加固目的的一种加固方法。预应力拉杆横向收紧加固法采用的是Ⅰ级钢筋或Ⅱ级钢筋作为补强拉杆布置于被加固构件上，通过人工横向收紧螺栓的方法使钢筋横向收紧产生预应力，达到加固的目的。
高效体外预应力与现有的各种方法相比具有如下优点：
（1）加固与卸载合而为一，共同工作性能好
高效预应力加固结构在预应力加固的同时可以对原结构进行卸载。加固完成后，原结构与新加预应力筋共同承担荷载，属于一种主动加固法。
（2）强度、刚度同时加固
高效预应力加固法在提高被加固构件承载力的同时， 可使构件反拱变形和裂缝宽度减小。
（3）适用于超筋截面构件的加固
高效预应力加固法是在体外布索，与被加固构件截面内的配筋大小没有直接联系，体外预应力作用是荷载平衡的概念。所以对超筋构件加固同样有效，这一点是前述的许多方法所不具备的。
（4）对被加固构件的承载力提高幅度较大
试验研究表明，高效预应力加固法采用的高强低松弛钢绞线的数量可根据需要量配置，其加固量比其它方法要大。根据荷载平衡原理，高效预应力加固法可满足现有使用要求下的所有补强加固的需要。
3 高效预应力加固法的研究进展
3.1 预应力加固梁极限承载力研究
对于体外预应力梁极限承载力计算的研究主要集中在梁的正截面承载力，对于斜截面承载力的研究较少。长期以来，人们是用传统的体内无粘结预应力的计算方法来计算体外预应力混凝土结构的。二次效应的研究是体外预应力梁极限承载力研究的重要方面。影响二次效应的因素很多，如转向块的个数和位置、预应力筋的布置、梁的跨高比和有效预应力的大小等。
目前，在体外预应力梁的承载力研究方面，国内外许多研究机构均考虑二次效应对梁极限承载力的影响，提出了许多计算体外预应力承载力的方法，主要有塑性铰区长度法、弯矩一曲率法、计算机非线性有限元法以及利用试验结果对无粘结预应力公式进行修正。
3.2预应力加固框架的研究
除了体外预应力简支与连续梁方面的研究， 刘航等对体外预应力加固的混凝土框架梁进行了试验研究。试验中对单跨框架梁和双跨框架梁分别采用了直线筋和折线筋进行了加固，试验发现用体外预应力筋加固后的框架梁在正常使用状态下可减小梁的跨中挠度和裂缝宽度；在承载力极限状态下可以提高构件的极限抗弯承载力。此外，试验还发现折线筋在提高框架梁的综合能力方面比直线筋好。沈颖坤等则对加固框架结构在水平反复荷载作用下的结构性能进行了试验研究。主要取得了以下成果：
（1）采用体外预应力加固框架可以抵消部分竖向荷载，使框架应力趋向平均化与整体受压，从而改善被加固结构的受力与变形性能。体外预应力筋可以很好地与被加固结构协同工作，大幅度提高竖向承载力。
（2）采用体外预应力加固的框架在水平和竖向荷载作用下，框架应力分布平均化，混凝土受拉区面积减小，框架整体强度刚度上升，最大水平承载力可提高20% ，加固后结构在达到最大水平承载力后进人一个较长的屈服平台，可见针对竖向荷载进行的体外预应力加固可以基本满足一般框架结构的小震不坏、大震不倒的抗震要求。
（3）采用体外预应力加固的框架在水平荷载作用下滞回曲线兼有PC和RC框架滞回曲线的特点。从滞回曲线可以看出，加固预应力的作用提高了框架在水平荷载下的耗能能力和恢复力。
（4）体外力筋的应力在水平荷载作用下的变化趋势有两种：1）当水平荷载较小、框架中裂缝发展的还不充分时，有水平荷作用时力筋的应力下降；当水平荷载归零时力筋的应力回升。2）当水平荷载增大到一定大小时，框架中的裂缝发展完全、个别截面接近或进人塑性铰，而有水平荷载作用时力筋的应力上升；当水平荷载归零时力筋的应力变小，此时力筋的应力变化幅度近似的与加固后结构的水平位移成线性关系。在水平荷载作用下，随着水平反复荷载的不断增大， 体外力筋的应力值也在上下波动中缓慢衰减。应力衰减的速度与水平荷载反复荷载大小、作用周期及框架结构的混凝土强度有关。
3.3 预应力加固板的研究
目前，体外预应力加固钢筋混凝土梁和单向板的研究较多，加固双向板的研究还没有。这主要是由于板的受力分析比梁要复杂得多，加之体外预应力则更难得到确切的解答。实际上，即使经典的《板壳理论》也只能对一些规则形状的板在简单的边界及荷载条件下给出解析解。
不过，体外预应力加固双向板已有工程应用。李延和等在处理某工程现浇楼板质量事故时，就曾用体外预应力加固双向板，且在加固后对楼板作了静载试验检测，发现板的跨中挠度及其裂缝都有明显减小。胡成通过单向体外预应力加固双向板的试验研究，得到单向体外预应力加固钢筋混凝土双向板是一种有效的加固方法，它能有效地提高加固板的开裂荷载及极限荷载，改善板的抗裂与变形性能。经单向体外预应力加固的双向板仍然具有较好的延性，并不因为刚度的增加而导致双向板延性性能的大幅度降低。此外，加固板的刚度及钢筋应变的变化规律表明，提高预应力钢筋的张拉控制力、选择合理的布筋型式以及增加预应力钢筋的数量等均能有效地提高双向板的加固效果。但相比之下，合理的预应力筋布置型式对加固板的刚度和承载力的提高最为有效。在工程实践中，建议采用“中密边稀”的布筋方式加固双向板。
参考文献：
［1］ 李延和.建筑结构新技术及工程实践［J］.南京：河海大学出版社，2001
［2］ 李延和，陈贵.预应力加固法设计计算方法的研究［J］.工程质量监督，1998（2）：21-29.
［3］ 浦晓天.体外预应力混凝土梁试验与设计研究［D］.南京：东南大学土木工程学院，2002.
［4］ 项剑锋.现代高效预应力加固技术工程应用［C］.土木工程结构检测鉴定与加固改造技术新发展交流会论文集，北京： 中国建材出版社，2006.