探討土木工程預(yù)應(yīng)力的加固方式

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國(guó)外學(xué)者采用預(yù)應(yīng)力FRP布加固混凝土梁，試驗(yàn)梁的開裂荷載提高了150%，遠(yuǎn)高于非預(yù)應(yīng)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(rèn)為采用預(yù)應(yīng)力FRP加固對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)疲勞破壞非常有效，由于預(yù)拉FRP布的存在，內(nèi)部鋼筋的應(yīng)力降低了。預(yù)應(yīng)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(jié)力逐漸變?nèi)?，界面性能與用非預(yù)應(yīng)力加固的構(gòu)件一樣。采用預(yù)應(yīng)力碳纖維布對(duì)3根鋼筋混凝土T形試件進(jìn)行加固，并進(jìn)行了疲勞性能研究，預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固較非預(yù)應(yīng)力加固能顯著提高構(gòu)件疲勞性能。通過預(yù)應(yīng)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(guó)外，采用預(yù)應(yīng)力FRP材料加固是20世紀(jì)80年代開始的。德國(guó)曾于1986年對(duì)一座橋梁采用后張玻璃纖維筋進(jìn)行加固，隨后英國(guó)也采用了該技術(shù)對(duì)一些鐵路橋梁和公路橋梁進(jìn)行了加固。德國(guó)國(guó)道L249線上的Gomadin薛。橋(預(yù)應(yīng)力連續(xù)T型斜交混凝土橋)由于內(nèi)部預(yù)應(yīng)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(jìn)行了預(yù)應(yīng)力加固，效果良好。Luke等與Darby等采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板材對(duì)牛津Hythe橋進(jìn)行了加固修復(fù)。經(jīng)過加固，該橋的承載力由7.5t提高到了40t。韓國(guó)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(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固，問題得以解決。日本人TetsuoYamakawa等人針對(duì)某教室柱抗震能力不足，采用對(duì)FRP條帶施加預(yù)張力來約束混凝土柱來提高其抗震性能;日本秋田縣建設(shè)交通部的加滕修平等人，采用預(yù)應(yīng)力AFRP筋補(bǔ)強(qiáng)加固101號(hào)國(guó)道上的男鹿大橋，預(yù)應(yīng)力值約為其抗拉強(qiáng)度的0.7倍，補(bǔ)強(qiáng)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(shè)計(jì)承載力不足，采用了S既ssHead系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固補(bǔ)強(qiáng);瑞士盧塞恩(Luceme)市的警察總部大樓內(nèi)由于新建混凝土墻未能與老墻體進(jìn)行有效連結(jié)，造成抗震能力不足，為提高其抗震能力，采用了預(yù)應(yīng)力CFRP板將新舊墻體牢固相聯(lián)。國(guó)內(nèi)的尚守平等采用外部粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板技術(shù)對(duì)瀏陽(yáng)地區(qū)的金剛橋進(jìn)行了加固。采用在主梁底部和梁肋兩側(cè)盡可能接近底部的位置粘貼預(yù)應(yīng)力碳纖維板進(jìn)行加固，以提高抗彎強(qiáng)度。加固完成后采用標(biāo)準(zhǔn)荷載對(duì)橋梁進(jìn)行荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明:采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板進(jìn)行加固能夠顯著減小橋梁結(jié)構(gòu)變形，改善結(jié)構(gòu)剛度，較大提高橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能。王興國(guó)等采用有砧結(jié)和無豁結(jié)預(yù)應(yīng)力CFRP板加固技術(shù)，對(duì)一簡(jiǎn)支混凝土鐵路橋梁進(jìn)行了加固，效果理想。

預(yù)應(yīng)力拉桿加固法是國(guó)內(nèi)常見的一種加固混凝土梁的方法，可以提高被加固構(gòu)件的承載力、剛度和抗裂性。預(yù)應(yīng)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(gòu)件的受拉邊安裝預(yù)應(yīng)力水平拉桿后，將產(chǎn)生與荷載產(chǎn)生的彎矩相反的偏心力矩，提高構(gòu)件的正截面抗彎承載力，減少裂縫的寬度及構(gòu)件的撓度。采用下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力拉桿時(shí)，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(yù)應(yīng)力拉桿法對(duì)一簡(jiǎn)支梁橋進(jìn)行加固，該橋梁加固后經(jīng)恒載十公路一I級(jí)汽車車道荷載作用下進(jìn)行測(cè)試，T梁承載能力達(dá)到并超過公路一n級(jí)的承載能力;預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力小于450MPa，能夠滿足荷載的要求，加載時(shí)各測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)穩(wěn)定，卸載后各部位的應(yīng)變或撓度恢復(fù)迅速，其相對(duì)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(yíng)運(yùn)后經(jīng)跟蹤觀察使用情況良好。采用預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U的加固方法對(duì)某廠房進(jìn)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(jié)構(gòu)，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(yán)重的安全質(zhì)量隱患，須對(duì)屋面薄腹梁進(jìn)行加固。因此確定采用預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U法進(jìn)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(qiáng)度問題，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。

對(duì)高強(qiáng)、低松弛、高拉伸應(yīng)變、防腐的高性能鋼絲繩施加預(yù))應(yīng)力然后對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固是一種新型加固方法?？梢暂^好地解決現(xiàn)有加固方法中的諸多缺點(diǎn)，對(duì)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(qiáng)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(diǎn)，是一項(xiàng)值得推廣的加固新技術(shù)。

鋼絞線是一種具有高強(qiáng)度、耐銹蝕、低彈模的材料，它與混凝土豁結(jié)較好，而且比鋼筋和鋼絲束柔軟，便于運(yùn)輸和旋工。對(duì)鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，然后應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固中，可以充分發(fā)揮材料的加固效能，提高加固結(jié)構(gòu)的承載力。采用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度鋼絞線對(duì)3根混凝土試驗(yàn)梁進(jìn)行加固，并和非加固梁進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明:加固梁的極限荷載提高了104.2%，因?yàn)殇摻g線的高強(qiáng)度特性，使加固梁在鋼筋屈服后，纖維仍處于彈性階段，蘊(yùn)藏著很高的強(qiáng)度儲(chǔ)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(qiáng)度鋼絞線的使用在一定程度上提高了構(gòu)件的剛度并延緩了裂縫的開展。」對(duì)5根預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng)一高性能砂漿加固的鋼筋混凝土梁和1根對(duì)比梁進(jìn)行了抗彎試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用預(yù)應(yīng)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(qiáng)度高、韌性指標(biāo)良好、抗腐蝕、抗疲勞性好的高效鋼材，用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件做補(bǔ)強(qiáng)配筋，可以增加混凝土與螺旋肋鋼絲的握裹力。對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，是一種有效的加固方法。采用內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力螺旋肋鋼絲加固法對(duì)巧根混凝土梁進(jìn)行加固，采用內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)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(jìn)而能夠延長(zhǎng)梁的使用壽命、提高梁的疲勞性能和耐久性。并且在內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力螺旋肋鋼絲加固混凝土梁的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析了預(yù)應(yīng)力螺旋肋鋼絲嵌人加固混凝土梁的彎曲破壞類型，推導(dǎo)了內(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力螺旋肋鋼絲加固混凝土梁彎曲破壞荷載計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

通過對(duì)各種預(yù)應(yīng)力材料加固混凝土結(jié)構(gòu)方法的論述和總結(jié)分杯，可以得出:使用預(yù)應(yīng)力材料加固混凝土結(jié)構(gòu)，能夠使混凝土構(gòu)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(gòu)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(nèi)嵌預(yù)應(yīng)力螺旋肋鋼絲加固混凝土梁，試驗(yàn)結(jié)果證明:這種方法是一種非常經(jīng)濟(jì)有效的加固方法，有望應(yīng)用于實(shí)際工程。（本文作者：胡燕 單位：宜春市建工建材檢測(cè)中心）