体外预应力加固技术在房屋建筑加固改造工程中的应用

刘继创

摘要：体外预应力体系是将传统预应力体系中布置于混凝土结构体内的预应力筋布置于承载结构主体截面之外以达到结构加固目的的技术体系。它通过与结构主体截面的锚固以及转向实体来实现预应力的传递。不过当今社会，该技术较多的应用在桥梁工程加固改造的过程中，相反在房屋建筑的加固改造中，其应用还几乎停留在探索性阶段，主要是由于目前相关的设计及施工验收标准规范尚未健全。双向框架梁加固、板柱结构楼板加固、预应力简支梁加固、抽柱后的框架梁加固的这几种结构加固形式的应用基本涵盖了房屋建筑加固改造工程中体外预应力的应用方式。

关键词：体外预应力技术；房屋加固；改造

中图分类号：C35文献标识码： A

随着我国经济的不断发展，城市建设的规模也在不断扩大，人们为了增加房屋的有效使用面积、降低因改变使用性质而增加的房屋负荷、增加房屋在自然灾害（地震、水灾等）中的抗灾害能力等一些原因而主客观引起了房屋结构质量的变化。当房屋建筑的结构功能，如在建筑荷载、接建等方面出现改变时，或者当建筑出现材料强度不够、配筋不足、未及时修补等质量问题时，都需要对其进行加固。为了保证房屋结构质量、满足建筑的使用功能，这就有必要加强改善房屋结构加固工程技术的开发和应用。

一、什么是体外预应力加固技术

体外预应力体系是将传统预应力体系中布置于混凝土结构体内的预应力筋布置于承载结构主体截面之外以达到结构加固目的的技术体系。预应力的传递过程则是通过与结构主体截面的锚固以及转向实体来实现。该项技术在结构加固工程中十分实用。相对其他被动的加固方法，体外预应力体系不仅可以有效地改善结构受力性能、提高结构承载力和刚度、控制裂缝，还可以充分发挥材料的高抗拉性。

二、体外预应力技术的优缺点

1、体外预应力技术的优点

由于体外预应力技术将预应力筋置于体界面之外，因而结构截面大大减小，比如体外预应力梁，构造钢筋和受压钢筋就只是布置在界面处，从而使梁腹板的变薄，重量变轻。并且减少了截面内的钢筋需求，使工序变得相对简单，既提高效率，同时使混凝土的质量更容易得到保证，孔道防腐材料的质量检验也更加容易，效果得以保证。更重要的是，置于体界面外的预应力筋可以根据实际受力情况调整，甚至更换，极其灵活。而且将应力的变化分部到全长，使其幅度变化小，降低了梁的破损考虑。再者，传递预应力则是通过与结构主体截面的锚固以及转向实体来实现更是减小了摩擦应力的损失。

2、体外预应力技术的缺点

置于截面外的预应力筋易受外界因素的影响，如火灾等。而如果在外的预应力筋长度过长的话，容易由于活载作用产生大的震动，故而限制其的自由长度十分重要。另一方面，锚固和转向实体由于一些因素限制，如受力较大，构造复杂，体积笨重，因此对材质的要求十分高。况且从力学特性上分析，体外预应力筋在同一截面的变形，与其周围结构主体来说其实是并不协调的。并且梁在极限的情况下容易发生脆性的损坏，从而造成安全隐患。

三、预应力施工技术工艺流程

在某工程施工过程中，预应力梁模板的安装顺序如下：梁模板的安装、普通钢盘与穿预应力盘的绑扎、安装锚垫板、安装间接钢盘与封梁边模板。梁端模板需要使用竹模板，孔道采用泡沫封闭；在非预应力钢筋骨架绑完后，要穿螺旋管，确保位置符合设计要求，保持螺旋管在梁内呈现抛物线设置方式，最后进行混凝土浇筑。在每一个施工环节都需要完全按照相关的设计要求、图纸要求以及技术规范，并结合经验对施工环节进行有效控制，通过合理的管理与严格的施工质量管理，达到房屋建筑工程高质量要求。

四、体外预应力技术在房屋加固中的应用方式

1、体外预应力加固双向交叉框架梁

首先根据结构使用功能设计活荷载标准值。其次采用体外预应力技术对框架梁进行加固以解决梁的极限抗裂能力和挠度问题。再者，采用折线布置形式的预应力筋，梁下和梁上支座折点处则采用钢节点过渡。要注意的是，过大折点的位置不宜。另外还应该使接触应力减小，接触面增大，这样可以有效避免预应力筋死弯的产生。最后仍然采用圆弧将梁底钢托件与钢索接触面过渡，保证其与梁底连接可靠。

2、体外预应力加固板柱结构楼板

为满足新的结构承载能力和使用功能要求，需要对楼板进行加固处理。若板面集中荷载分部比较均匀，折线布置的预应力索线形，十字交叉双层的预应力布置，沿板跨对角线方向双向分布的预应力筋布置均是不错的选择。同时，为产生较大的竖向反力，并且保证弯折角度不会超过极限范围，预应力弯折点布置必须适当。十字交叉双层预应力布置的采用，则表明应时刻注意双方向预应力索的位置关系。

3、体外预应力加固预应力简支梁

某预应力的简支梁，工程特点显示梁的一端支承在剪力墙上，在加固的过程中，设计体外张拉端节点，在此同时运用化学锚栓锚固在梁侧和剪力墙外进行处理。但是应当注意，荷载提升比例是根据有效预应力的增加而提高的。故而在荷载作用相同的时候，应该适当减小梁的挠度及应力，从而使加固梁的良好性能得到充分发挥。

4、体外预应力加固抽柱后的框架梁

不难发现，相对于原结构，有时改造后其受力性变化巨大，因而在加固方案的选择时必须将结构受力的特点、结构安全性和经济合理性结合起来考虑。建议同时应用体外预应力和加大截面结合的综合加固方法。施工过程中，预应力筋两端分别锚固在框架柱上，竖向位置在梁截面高度内，以减少预应力筋张拉对框架柱的不利影响。同时增大混凝土梁截面。

五、房屋建筑加固中的体外预应力技术使用的现状与前景

到目前为止，报道显示加大截面加固法、外包钢加固法、改变结构传力途径加固法、构件外部粘钢加固法、构件外部粘碳纤维加固法等非预应力加固法多用于国内外的房屋加固过程当中。当然预应力加固法也是存在的，如利用I级或Ⅱ级钢为补强拉杆的或者钢绞线的。而用体外预应力加固方法中使用高强钢绞线优点很多，显然，应用体外预应力技术就可以在结构不停止使用的情况下对其进行加固，在此过程中省去了一些繁琐工序，如制孔、穿索、压浆等，这种方法既提高了施工效率同时受外界物理因素影响小，可谓一举两得。再者，砼的质量和耐久性由于预应力筋与砼分离得以提高；砼构件截面尺寸的减小减轻了结构自重；大梁加固使得外形更加美观，房屋净高也没有受到很大影响。再者，很方便的就可以更换预应力筋（索），这种简易工序使得检测和维护的过程更加简明。还有，钢绞线由于夹具张拉，当然夹具自是安全可靠的，故而损失的安全预应力小。最后，柔性良好钢绞线材料，使设计形状和横向张拉变得很容易。适当伸长钢绞线，既可连续跨加固，又加强了结构的整体性。

但是，体外预应力技术在我国的调研尚未完全成熟，例如在要求很高的防腐蚀、防火、端节点的锚固、预应力张拉的实施等方面，短缺还是很明显的，深入的研讨以及应用还是势在必行的。不过可以肯定的是，作为意义重大的体外预应力技术，在房屋加固改造工程中将会越来越成熟，巨大的经济效益和社会效益也将随之而来。

六、结语

半个多世纪的发展，体外预应力技术虽然进步了不少，但还是存在许多问题。不过预应力混凝土具有的优点也是显而易见的，如结构安全可靠、节约材料、自重较小、构件的抗裂性好、刚度大等，从而它的发展也是迅速的，最明显的变化是在桥梁加固方面，房屋加固亦在不断趋近完善。相对于其他的加固方法，尤其是被动的加固方法，毫无疑问，体外预应力技术有着良好的应用前景。

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