探讨土木工程预应力的加固方式

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国外学者采用预应力FRP布加固混凝土梁，试验梁的开裂荷载提高了150%，远高于非预应力加固的133%，而屈服荷载和极限荷载分别提高40%和45%。通过研究认为采用预应力FRP加固对混凝土结构疲劳破坏非常有效，由于预拉FRP布的存在，内部钢筋的应力降低了。预应力FRP布加固梁的疲劳性能，随着疲劳荷载上限值的增加，FRP和混凝土界面的勃结力逐渐变弱，界面性能与用非预应力加固的构件一样。采用预应力碳纤维布对3根钢筋混凝土T形试件进行加固，并进行了疲劳性能研究，预应力碳纤维布加固较非预应力加固能显著提高构件疲劳性能。通过预应力布加固混凝土板得出板的抗弯能力提高了约80%，并且大大改善了混凝土板的工作性能。

在国外，采用预应力FRP材料加固是20世纪80年代开始的。德国曾于1986年对一座桥梁采用后张玻璃纤维筋进行加固，随后英国也采用了该技术对一些铁路桥梁和公路桥梁进行了加固。德国国道L249线上的Gomadin薛。桥(预应力连续T型斜交混凝土桥)由于内部预应力过大造成柱上方的混凝土桥面板底部出现大量裂缝，采用Leoba系统进行了预应力加固，效果良好。Luke等与Darby等采用预应力碳纤维板材对牛津Hythe桥进行了加固修复。经过加固，该桥的承载力由7.5t提高到了40t。韩国汉城的sungsan桥的中间一跨桥面板底部出现较大的裂缝，后采用11条Car一bonDurcFRPv624进行预应力加固，问题得以解决。日本人TetsuoYamakawa等人针对某教室柱抗震能力不足，采用对FRP条带施加预张力来约束混凝土柱来提高其抗震性能;日本秋田县建设交通部的加滕修平等人，采用预应力AFRP筋补强加固101号国道上的男鹿大桥，预应力值约为其抗拉强度的0.7倍，补强后承载力明显提高。荷兰阿姆斯特丹的orlv中心的房屋大梁由于设计承载力不足，采用了S既ssHead系统进行预应力加固补强;瑞士卢塞恩(Luceme)市的警察总部大楼内由于新建混凝土墙未能与老墙体进行有效连结，造成抗震能力不足，为提高其抗震能力，采用了预应力CFRP板将新旧墙体牢固相联。国内的尚守平等采用外部粘贴预应力碳纤维板技术对浏阳地区的金刚桥进行了加固。采用在主梁底部和梁肋两侧尽可能接近底部的位置粘贴预应力碳纤维板进行加固，以提高抗弯强度。加固完成后采用标准荷载对桥梁进行荷载试验，试验结果表明:采用预应力碳纤维板进行加固能够显著减小桥梁结构变形，改善结构刚度，较大提高桥梁结构的使用性能。王兴国等采用有砧结和无豁结预应力CFRP板加固技术，对一简支混凝土铁路桥梁进行了加固，效果理想。

预应力拉杆加固法是国内常见的一种加固混凝土梁的方法，可以提高被加固构件的承载力、刚度和抗裂性。预应力拉杆一般采用水平拉杆和下撑式拉杆两种形式，在梁构件的受拉边安装预应力水平拉杆后，将产生与荷载产生的弯矩相反的偏心力矩，提高构件的正截面抗弯承载力，减少裂缝的宽度及构件的挠度。采用下撑式预应力拉杆时，还可以减少梁腹斜裂缝的宽度，提高斜截面的承载力。采用体外预应力拉杆法对一简支梁桥进行加固，该桥梁加固后经恒载十公路一I级汽车车道荷载作用下进行测试，T梁承载能力达到并超过公路一n级的承载能力;预应力钢筋应力小于450MPa，能够满足荷载的要求，加载时各测点的读数稳定，卸载后各部位的应变或挠度恢复迅速，其相对残余变形值较小，该桥梁各部件均处于弹性工作状态，受力状态良好。该桥加固后营运后经跟踪观察使用情况良好。采用预应力下撑式拉杆的加固方法对某厂房进行加固，该厂房为一单跨单层排架与单跨多层框架组的框排架结构，单层排架屋面为大型屋面板，巧m跨度薄腹梁。在使用后发现屋面薄腹梁上均有程度不同的多道裂缝，存在严重的安全质量隐患，须对屋面薄腹梁进行加固。因此确定采用预应力下撑式拉杆法进行加固，从加固竣工后近两年的观察，梁的裂缝没有新的开展，未出现任何强度问题，结构稳定安全。

对高强、低松弛、高拉伸应变、防腐的高性能钢丝绳施加预)应力然后对混凝土结构进行加固是一种新型加固方法。可以较好地解决现有加固方法中的诸多缺点，对加固梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载等均有明显提高。此种方法可以使加固材料强度得到充分发挥，承载力提高幅度显著，而且延性也好，另外还具有成本低、施工便利、耐火性好等优点，是一项值得推广的加固新技术。

钢绞线是一种具有高强度、耐锈蚀、低弹模的材料，它与混凝土豁结较好，而且比钢筋和钢丝束柔软，便于运输和旋工。对钢绞线施加预应力，然后应用于结构加固中，可以充分发挥材料的加固效能，提高加固结构的承载力。采用预应力高强度钢绞线对3根混凝土试验梁进行加固，并和非加固梁进行对比，试验结果表明:加固梁的极限荷载提高了104.2%，因为钢绞线的高强度特性，使加固梁在钢筋屈服后，纤维仍处于弹性阶段，蕴藏着很高的强度储备，仍然能够承受荷载，直到纤维断裂或者混凝土被压碎。此外高强度钢绞线的使用在一定程度上提高了构件的刚度并延缓了裂缝的开展。」对5根预应力高强不锈钢绞线网一高性能砂浆加固的钢筋混凝土梁和1根对比梁进行了抗弯试验研究，试验结果表明，采用预应力措施有效地提高了梁的抗弯承载力和刚度，较好地约束了裂缝的发展。

螺旋肋钢丝是一种抗拉强度高、韧性指标良好、抗腐蚀、抗疲劳性好的高效钢材，用于预应力混凝土构件做补强配筋，可以增加混凝土与螺旋肋钢丝的握裹力。对其施加预应力进行结构加固，是一种有效的加固方法。采用内嵌预应力螺旋肋钢丝加固法对巧根混凝土梁进行加固，采用内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁能够大幅度提高被加固梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载，进而能够延长梁的使用寿命、提高梁的疲劳性能和耐久性。并且在内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁的试验基础上，分析了预应力螺旋肋钢丝嵌人加固混凝土梁的弯曲破坏类型，推导了内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁弯曲破坏荷载计算公式，计算结果与试验结果吻合较好。

通过对各种预应力材料加固混凝土结构方法的论述和总结分杯，可以得出:使用预应力材料加固混凝土结构，能够使混凝土构件承载力有显著提高，能有效延迟裂缝的开展，限制裂缝的宽度，提高构件的承载力和抗变形能力。提出了一种新型的加固方法一内嵌预应力螺旋肋钢丝加固混凝土梁，试验结果证明:这种方法是一种非常经济有效的加固方法，有望应用于实际工程。（本文作者：胡燕 单位：宜春市建工建材检测中心）