探討土木工程預應力的加固方式

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國外學者采用預應力FRP布加固混凝土梁，試驗梁的開裂荷載提高了150%，遠高于非預應力加固的133%，而屈服荷載和極限荷載分別提高40%和45%。通過研究認為采用預應力FRP加固對混凝土結構疲勞破壞非常有效，由于預拉FRP布的存在，內部鋼筋的應力降低了。預應力FRP布加固梁的疲勞性能，隨著疲勞荷載上限值的增加，F(xiàn)RP和混凝土界面的勃結力逐漸變弱，界面性能與用非預應力加固的構件一樣。采用預應力碳纖維布對3根鋼筋混凝土T形試件進行加固，并進行了疲勞性能研究，預應力碳纖維布加固較非預應力加固能顯著提高構件疲勞性能。通過預應力布加固混凝土板得出板的抗彎能力提高了約80%，并且大大改善了混凝土板的工作性能。

在國外，采用預應力FRP材料加固是20世紀80年代開始的。德國曾于1986年對一座橋梁采用后張玻璃纖維筋進行加固，隨后英國也采用了該技術對一些鐵路橋梁和公路橋梁進行了加固。德國國道L249線上的Gomadin薛。橋(預應力連續(xù)T型斜交混凝土橋)由于內部預應力過大造成柱上方的混凝土橋面板底部出現(xiàn)大量裂縫，采用Leoba系統(tǒng)進行了預應力加固，效果良好。Luke等與Darby等采用預應力碳纖維板材對牛津Hythe橋進行了加固修復。經過加固，該橋的承載力由7.5t提高到了40t。韓國漢城的sungsan橋的中間一跨橋面板底部出現(xiàn)較大的裂縫，后采用11條Car一bonDurcFRPv624進行預應力加固，問題得以解決。日本人TetsuoYamakawa等人針對某教室柱抗震能力不足，采用對FRP條帶施加預張力來約束混凝土柱來提高其抗震性能;日本秋田縣建設交通部的加滕修平等人，采用預應力AFRP筋補強加固101號國道上的男鹿大橋，預應力值約為其抗拉強度的0.7倍，補強后承載力明顯提高。荷蘭阿姆斯特丹的orlv中心的房屋大梁由于設計承載力不足，采用了S既ssHead系統(tǒng)進行預應力加固補強;瑞士盧塞恩(Luceme)市的警察總部大樓內由于新建混凝土墻未能與老墻體進行有效連結，造成抗震能力不足，為提高其抗震能力，采用了預應力CFRP板將新舊墻體牢固相聯(lián)。國內的尚守平等采用外部粘貼預應力碳纖維板技術對瀏陽地區(qū)的金剛橋進行了加固。采用在主梁底部和梁肋兩側盡可能接近底部的位置粘貼預應力碳纖維板進行加固，以提高抗彎強度。加固完成后采用標準荷載對橋梁進行荷載試驗，試驗結果表明:采用預應力碳纖維板進行加固能夠顯著減小橋梁結構變形，改善結構剛度，較大提高橋梁結構的使用性能。王興國等采用有砧結和無豁結預應力CFRP板加固技術，對一簡支混凝土鐵路橋梁進行了加固，效果理想。

預應力拉桿加固法是國內常見的一種加固混凝土梁的方法，可以提高被加固構件的承載力、剛度和抗裂性。預應力拉桿一般采用水平拉桿和下?lián)问嚼瓧U兩種形式，在梁構件的受拉邊安裝預應力水平拉桿后，將產生與荷載產生的彎矩相反的偏心力矩，提高構件的正截面抗彎承載力，減少裂縫的寬度及構件的撓度。采用下?lián)问筋A應力拉桿時，還可以減少梁腹斜裂縫的寬度，提高斜截面的承載力。采用體外預應力拉桿法對一簡支梁橋進行加固，該橋梁加固后經恒載十公路一I級汽車車道荷載作用下進行測試，T梁承載能力達到并超過公路一n級的承載能力;預應力鋼筋應力小于450MPa，能夠滿足荷載的要求，加載時各測點的讀數穩(wěn)定，卸載后各部位的應變或撓度恢復迅速，其相對殘余變形值較小，該橋梁各部件均處于彈性工作狀態(tài)，受力狀態(tài)良好。該橋加固后營運后經跟蹤觀察使用情況良好。采用預應力下?lián)问嚼瓧U的加固方法對某廠房進行加固，該廠房為一單跨單層排架與單跨多層框架組的框排架結構，單層排架屋面為大型屋面板，巧m跨度薄腹梁。在使用后發(fā)現(xiàn)屋面薄腹梁上均有程度不同的多道裂縫，存在嚴重的安全質量隱患，須對屋面薄腹梁進行加固。因此確定采用預應力下?lián)问嚼瓧U法進行加固，從加固竣工后近兩年的觀察，梁的裂縫沒有新的開展，未出現(xiàn)任何強度問題，結構穩(wěn)定安全。

對高強、低松弛、高拉伸應變、防腐的高性能鋼絲繩施加預)應力然后對混凝土結構進行加固是一種新型加固方法。可以較好地解決現(xiàn)有加固方法中的諸多缺點，對加固梁的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載等均有明顯提高。此種方法可以使加固材料強度得到充分發(fā)揮，承載力提高幅度顯著，而且延性也好，另外還具有成本低、施工便利、耐火性好等優(yōu)點，是一項值得推廣的加固新技術。

鋼絞線是一種具有高強度、耐銹蝕、低彈模的材料，它與混凝土豁結較好，而且比鋼筋和鋼絲束柔軟，便于運輸和旋工。對鋼絞線施加預應力，然后應用于結構加固中，可以充分發(fā)揮材料的加固效能，提高加固結構的承載力。采用預應力高強度鋼絞線對3根混凝土試驗梁進行加固，并和非加固梁進行對比，試驗結果表明:加固梁的極限荷載提高了104.2%，因為鋼絞線的高強度特性，使加固梁在鋼筋屈服后，纖維仍處于彈性階段，蘊藏著很高的強度儲備，仍然能夠承受荷載，直到纖維斷裂或者混凝土被壓碎。此外高強度鋼絞線的使用在一定程度上提高了構件的剛度并延緩了裂縫的開展?！箤?根預應力高強不銹鋼絞線網一高性能砂漿加固的鋼筋混凝土梁和1根對比梁進行了抗彎試驗研究，試驗結果表明，采用預應力措施有效地提高了梁的抗彎承載力和剛度，較好地約束了裂縫的發(fā)展。

螺旋肋鋼絲是一種抗拉強度高、韌性指標良好、抗腐蝕、抗疲勞性好的高效鋼材，用于預應力混凝土構件做補強配筋，可以增加混凝土與螺旋肋鋼絲的握裹力。對其施加預應力進行結構加固，是一種有效的加固方法。采用內嵌預應力螺旋肋鋼絲加固法對巧根混凝土梁進行加固，采用內嵌預應力螺旋肋鋼絲加固混凝土梁能夠大幅度提高被加固梁的開裂荷載、屈服荷載和極限荷載，進而能夠延長梁的使用壽命、提高梁的疲勞性能和耐久性。并且在內嵌預應力螺旋肋鋼絲加固混凝土梁的試驗基礎上，分析了預應力螺旋肋鋼絲嵌人加固混凝土梁的彎曲破壞類型，推導了內嵌預應力螺旋肋鋼絲加固混凝土梁彎曲破壞荷載計算公式，計算結果與試驗結果吻合較好。

通過對各種預應力材料加固混凝土結構方法的論述和總結分杯，可以得出:使用預應力材料加固混凝土結構，能夠使混凝土構件承載力有顯著提高，能有效延遲裂縫的開展，限制裂縫的寬度，提高構件的承載力和抗變形能力。提出了一種新型的加固方法一內嵌預應力螺旋肋鋼絲加固混凝土梁，試驗結果證明:這種方法是一種非常經濟有效的加固方法，有望應用于實際工程。（本文作者：胡燕 單位：宜春市建工建材檢測中心）