提要  筆者自1988 年開始將高強鋼絞線體外預應力技術弓|進鋼筋砼大梁的加固工程中，后來又應用到樓面板的加固工程中。1995 年又創(chuàng)造了后張無粘結(jié)高強鋼絞線預應力托換剛架技術，將其用于拔柱、拆墻等改造工程。至今已在近百個加固和改造工程中應用了高效預應力技術。本文較系統(tǒng)地總結(jié)了高效預應力技術在加固和改造工程中的應用情況。

關鍵詞   高強鋼絞線   體外預應力   預應力托換剛架   加固和改造 工程

1 前言

在工程中經(jīng)常要碰到以下情況:構件砼強度不足而導致承載力不足;構件因火災受損;樓面使用荷載增加;樓、屋面大梁嚴重開裂;要進行拔柱、拆墻改造等。解決這些問題的常用方法有:加大截面法、外包鋼加固法、改變結(jié)構傳力途徑加固法、構件外部粘鋼加固法、構件外部粘貼碳纖維布加固法等非預應力加固法，及傳統(tǒng)的以I級鋼或II級鋼作為補強拉桿的水平拉桿法、下?lián)问嚼瓧U法和組合式拉桿法等預應力加固法(見圖1)。

預應力加固法的主要優(yōu)點是立即見效。隨著預應力的施加，裂縫寬度隨即變小，大梁產(chǎn)生反拱，構件原有鋼筋的應力隨即變小，屬主動加固法。對于下?lián)问筋A應力補強拉桿法，還可同時加固正截面強度和斜截面強度。它還有一個明顯的優(yōu)點是可以用于超筋截面的加固。而非預應力加固法為被動加固法，要待大梁的變形繼續(xù)增加以后才能逐漸起作用，所以加固以后裂縫寬度和撓度仍會繼續(xù)增加，而且正截面強度和斜截面強度-般不能同時得到加強。對于近幾年廣泛采用的外部粘貼碳纖維布法，更具有一個致命的弱點:當充分發(fā)揮碳纖維布的高強度時，砼的裂縫寬度將達到不能容忍的程度。所以筆者極力主張在加固和改造工程中采用預應力技術。

但是，鋼筋砼大梁傳統(tǒng)的預應力加固法由于采用強度低、柔性差、長度短的I級鋼或II級鋼作為補強拉桿，存在下述缺點:

1、當需要拉桿承擔較大的內(nèi)力時，材料面積很大使施工很困難;

2、預應力數(shù)值不高，預應力損失所占的比例比較大，長期預應力效果不好:

3、拉桿端部固定需要焊接，對于不允許有明火的場所不適宜采用;

4、要彎成三折線形狀，并進行橫向張拉比較困難，彎折處的摩阻力很大;

5、不能搞連續(xù)跨加固。

為了克服_上述缺點，筆者自1988 年開始，在傳統(tǒng)的下?lián)问筋A應力補強拉桿法的基礎上發(fā)展了一種用光面高強鋼絞線作為補強拉桿的“高強鋼絞線預應力加固法”。具體的設計和施工方法見參考文獻[1]. [2]. 這種加固方法采用的是光面高強鋼絞線，采用手工橫向張拉的方法施，加預應力。這是體外預應力技術在大梁加固工程中的一種應用方法。 后來筆者又發(fā)展了一種以無粘結(jié)高強鋼紋線作 為補強拉桿，采用千斤頂縱向張拉，或手工橫向張拉�；蚨�者結(jié)合的方法施加預應力的體外預應力加固技術。具體的設計和施工方法見參考文獻[3].至今已用于近百個工程、數(shù)千跨大梁的加固。

體外預應力技術還廣泛應用于樓板的加固工程中，主要是采用“無粘結(jié)鋼絞線下?lián)问筋A應力拉桿法”。

1995年，筆者又在拔柱、拆墻的改造工程中創(chuàng)造了“后張無粘結(jié)高強鋼絞線預應力托換剛架技術”。先后用于近十個拔柱、拆墻的改造工程。

下面將較系統(tǒng)地總結(jié)“高效鋼絞線體外預應力技術”和“無粘結(jié)高強鋼絞線預應力托換剛架技術”在加固和改造工程中的應用情況。

2 高效體外預應 力技術在加固工程中的應用

2.1、用于加固砼強度嚴重不足的鋼筋砼大梁

當砼強度低于CI5時，目前加固工程中常用的外部枯貼鋼板法和外鄜粘貼碳纖維布法已不適用。預應力技術由于給構件提供了一個反向彎矩，使大梁截面受拉邊緣的最大拉應力和受壓邊緣的最大壓應力都同時減小，有效地調(diào)整了截面應力的分布，降低了對大梁砼強度的要求，只要端部支承墊板處的砼局部承壓力能滿足要求即可。所以高強鋼絞線體外預應力加固法很適宜用于加固砼強度嚴重不足的鋼筋砼大梁。在我們加固的工程中，有的鋼筋砼大菜的砼強度僅C10左右。象寧�？h西店小學教學樓的樓屋面大梁，砼強度很低，曾被電視臺爆光過。經(jīng)加國以后摘掉了危房帽子，使用情況良好。

2.2、用于加固火災受損的大梁

鋼筋砼大梁經(jīng)火災受損以后，表面砼的強度很低，而且往往已出現(xiàn)許多裂縫，不能采用外部粘鋼和外部粘貼碳纖維布的方法進行加周，而采用加大藏面法施工很麻煩，這種情況采用“高強鋼絞線體外預應力加固法"最為理想。與砼強度嚴重不足的大梁一-樣， 由于預應力提供了一個反向彎矩，有效地調(diào)整了大梁截面的應力分布，使對大梁砼強度的要求降低，也可以減小大梁裂縫寬度，并有效控制裂縫的進一步開展。我們已用高強鋼絞線體外預應力技術加固了近十個火燒工程的受損大梁，都取得了滿意的結(jié)果。

2.3、用于加固樓面使用荷載增加幅度較大的樓面梁

當樓面使用荷載增加幅度較大時，為了提高大梁的剛度和強度，一般得采用加大藏面法對大梁進行加固。由于加大截面法施工很麻煩，為了保證力的傳遞往往需要同時對柱子進行處理，施工期長，加固費用高，氣溫低時也不適宜施工。采用“高強鋼絞線體外預應力加固法”很容易?M足大梁剛度和承載力的要求，施工方便， 不需對柱子進行處理，氣溫低時也可施工，施工工期短，加固費用低。

2.4、用于加固已嚴重開裂的樓、屋面大梁

鋼筋砼樓、屋面大梁在砼收縮，室內(nèi)外溫差和荷載的共同作用之下，往往要在跨中產(chǎn)生豎向裂縫，在兩端產(chǎn)生斜向裂縫。當砼質(zhì)量較差時，裂縫情況更加嚴重,裂縫寬度經(jīng)常要超過國家設計規(guī)范的要求，需要進行加固處理。對于已嚴重開裂的樓、屋面大梁，最理想的加固方法是采用“高強鋼絞線體外預應力加固法”。因為加固以后，大梁的裂縫寬度要變小，而且大粱上始終作用有軸向壓力，可以有效地抵抗砼收縮和室內(nèi)外溫差引起的軸向拉應力，使得裂縫有效地得到控制，- -般將裂縫封閉以后將不再出現(xiàn)。象杭二棉南紡車間的271根9m跨長的風道大梁，自1958年建成以后.沒過幾年就嚴重開裂，在用石棉瓦替代青平瓦以后，裂縫仍繼續(xù)發(fā)展，至1991年時已不敢使用，被定為危房，準備移地重建。由于資金困難，委托我們用高強鋼絞線體外預應力技術對其進行加固。加固以后至今情況良好，裂縫封閉掉以后再也沒有發(fā)現(xiàn)過。

2.5.用于減小大梁截面高度時的加固

在房屋改造工程中，有時要將大梁截面高度減小。最近我們遇到-一個工程，要將8m跨度大梁的截面高度由800mm改為400mm.象這種情況，只能采用預應力技術,因為預應力可以平衡掉一一部分外荷載， 使大梁截面高度減小以后仍能滿足剛度的要求。這時可采用體外預應力技術，也可采用體內(nèi)后張無粘結(jié)預應力技術。在預應力施加以后再將要去掉的梁截面去掉。采用無粘結(jié)高強鋼絞線體外預應力加固技術施工起來更加簡單，工期短，造價低。

2.6、用于拔柱、拆墻時的加固

當柱子和承重墻所受荷載不是很大時，可采用“高強鋼絞線體外預應力加固法"對大梁或圈梁進行加固,加固后將柱子或承重墻敲掉。由于預應力提供了一個反向彎矩,產(chǎn)生反拱，在柱子或承重墻拆除后不會產(chǎn)生過大撓度而使上部樓板或墻體出現(xiàn)裂縫，也可以做到使柱子或承重墻拆除后上部結(jié)構不產(chǎn)生撓度。

2.7、用于加固樓面使用荷載增加幅度較大的樓面板

當加固樓面使用荷載增加幅度較大的樓面板時，可在板底設置鋼支托。為了保證剛度，鋼支托要有較高的截面，有時兩端還沒有地方可以支承。如果采用“無粘結(jié)鋼絞線預應力下?lián)问嚼瓧U法”進行加固，則可以大大減小鋼支托的截面尺寸和省去兩端支座。這時可在鋼支托的下部相隔一段距離設置-根預應力鋼絞線，鋼絞線采用折線形，張拉以后便將鋼支托變成多跨連續(xù)梁，而且產(chǎn)生了向上的反力，主動地平衡掉一部分外荷載。 采用這種方法加固，鋼支托一般可采用12#工字鋼，在鋼絞線的支點處，焊上一根中50的鋼管，以增加鋼絞線在支點處產(chǎn)生的向上反力，并減小鋼絞線在轉(zhuǎn)折點處的磨擦力。無粘結(jié)鋼絞線的問距可根據(jù)需要平衡的外荷載的數(shù)值和斜向段鋼絞線的斜度進行計算確定。施加預應力的數(shù)值必須考慮到施工階段不能使空截時的樓板項面出現(xiàn)裂縫。近幾年來在老房子樓面上建密集型檔案庫和桑拿浴池，在老房子屋面上放水箱的情況越來越多。象這些情況我們均采用“無粘結(jié)鋼絞線預應力下?lián)问嚼瓧U法”進行加固，均取得了很好的效果。

3后張無粘結(jié)高強鋼絞線預應力托換剛架技術

這是一種體內(nèi)預應力加固技術，可用于拔柱或拆除承重墻時的加固。當柱子或承重墻所受荷載很大，而且改造后跨度也較大時，如果采用非預應力托換剛架技術,在拔柱和拆墻后將會產(chǎn)生較大的撓度，從而導致上部樓面板和墻體開裂。采用預應力托換剛架技術，由于可以提供反向彎矩，產(chǎn)生反拱，使撓度減小，甚至可以完全平衡掉上部荷載，所以這是一種很理想的加固技術。

采用后張無粘結(jié)高強鋼絞線預應力托換剛架技術進行拔柱和拆除承重墻的改造工程,需要解決以下二個問題:

1、剛架柱的基礎要能夠承受拔柱或拆墻后所增加的荷重，而且不能產(chǎn)生過大沉降。由于基礎的面積要受到相鄰結(jié)構基礎的制約不允許做得過大,所以最好的方法是采用錨桿靜壓樁基礎，在拔柱或拆墻之前先進行壓樁施工。

2、剛架柱和剛架梁的空間要設法留出來，好配置鋼筋和無粘結(jié)鋼絞線。這要根據(jù)計算設置足夠的鋼支撐先將.上部荷裁支撐住，然后去除該空間里的磚墻。該空間里如果有鋼筋砼梁和柱，可以保留，將剛架梁和柱的截面加寬，鋼筋可以布置在梁、柱的外側(cè)，箍筋可以穿過梁、柱。

當房屋凈高允許時，托換剛架橫梁可以離開樓板底面一定距離，剛架橫梁的砼可以在樓板下灌注:如果房屋的凈高不允許，則托換剛架欖梁要項住樓板，在樓板上設砼灌注孔，往下灌注砼。

我們曾用該法拆除了四層磚混結(jié)構底層的磚墻和柱，將底層改造為12m跨度的保齡球館。在破墻和柱子拆除時，托換剛架橫梁的跨中僅產(chǎn)生smm的撓度，上部結(jié)構完好無損。

4結(jié)語

筆者自1988年開始將高強鋼絞線體外預應力技術引進鋼筋砼大梁的加固工程中，后來又應用到樓面板的加固工程中。1995年又創(chuàng)造了后張無粘結(jié)高強鋼絞線預應力托換剛架技術將其用于拔柱、拆墻等改造工程。至今已在近百個加固和改造工程中應用了高效預應力技術。

經(jīng)過16年的實際應用，我們覺得以高強鋼絞線作為補強拉桿的高效體外和體內(nèi)預應力加固法具有下述優(yōu)點:

1、由于鋼絞線的強度高，當霄要拉桿承受較大內(nèi)力時，材料面積也不需要很大，施工起來比較方便:

2、由于張拉應力高，預應力損失所占比例小，所以長期預應力效果好:

3、端部錨國有現(xiàn)成的夾具可以利用，安全可靠，不需現(xiàn)場燒電焊，適用范圍廣:

4、鋼絞線的柔性好，很容易形成設計形狀，施工起來方便;

s、由于鋼絞線的長度長， 可以采用連續(xù)跨加因，加強了結(jié)構的整體性:

6、施工速度快，而且不受氣溫影響:

7、大梁加固后對房屋凈高影響不大:

8、由于原有大梁的強度可以充分利用， 而且只需要對大梁本身進行加固，柱子和基礎可以不加處理，所以加固費用比較低:

9、由于預應力可以提供反向彎矩，有效控制構件的撓度，所以可以用于樓面使用荷載增加很大時樓面梁、板的加固。當用于拔柱、拆墻和減小梁截面高度等改造工程時更為理想:

10、由于預應力可以在梁截面上提供一個長期的軸向壓力，所以對控制由砼干縮、溫差和荷載共同引起的裂縫具有特別明顯的作用;

11、由于預應力可以有效調(diào)整梁截面內(nèi)應力，使對砼強度的要求降低，所以可以用來加固砼強度很低或經(jīng)火災受損的鋼筋砼大梁:

12、預應力加固技術還可以加固超筋截面，因為它可以平衡掉部分外荷載，提高了超筋截面的承載能力。

參考文獻

[1]項劍鋒:高強鋼絞線預應力加固法，建筑技術，1990 年第6期

[2]項劍鋒:鋼筋砼大梁高強鋼絞線預應力加固法。后張預應力砼設計手冊，陶學康主編，中國建筑工業(yè)出版社，1996年11 月。

[3]項劍鋒:鋼筋砼大梁無粘結(jié)鋼絞線體外預應力加固法，結(jié)構工程師增刊，預應力結(jié)構基本理論及工程應，用2000.同濟大學。