体外预应力施工

　　钢筋砼大粱由于设计或施工错误，材质不符要求，使用功能改变，温差过大，遭受灾害损坏以及耐久性等原因，会出现超出设计规范允许值的结构裂缝，或造成承载能力不足，都应采取加固措施进行补强处理。
　　在现行的加固规程里介绍的主要加固方法有：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等非预应力加固法，及传统的以Ⅰ级钢或Ⅱ级钢作为补强拉杆的水平拉杆法，下撑式拉杆法和组合式拉杆法等预应力加固法。
　　预应力加固法的主要优点是见效快，随着预应力的施加，裂缝宽度随即变小，大梁产生反拱。原有钢筋的应力随即变小，属主动加固法。对于下撑式预应力补强拉杆法，还可同时加固正截面强度和斜截面强度。它还有一个明显的优点是，可以用于超筋截面的加固。而非预应力加固法为被动加固法，要待大梁的变形继续增加以后才能逐渐起作用，所以加固以后裂缝宽度和挠度仍会继续增加，而且正截面强度和斜截面强度一般不能同时得到加强。
　　但是，传统的预应力加固法由于采用强度低、柔性差、长度短的Ⅰ级钢或Ⅱ级钢作为补强拉杆，存在下述缺点：
　　1.当需要拉杆承担较大的内力时，材料面积很大使施工很困难；
　　2、预应力数值不高，预应力损失所占的比例比较大，长期预应力效果不好.
　　3、拉杆端部固定需要焊接，对于不允许有明火的场所不适宜采用.
　　4、要弯成三折线形状，并进行横向张拉比较困难，弯折处的摩阻力很大.
　　5、不能搞连续跨加固。
　　为了克服上述缺点，笔者自1988年开始，在传统的下撑式预应力补强拉杆法的基础上发展了一种用光面高强钢绞线作为补强拉杆的“高强钢绞线预应力加固法”。具体的设计和施工方法见参考文献［1］、［2］。至今己用该法加固了数十个工程1000多跨大梁，均取得了令人满意的加固效果。这种加固方法采用的是光面高强钢绞线，采用手工横向张拉的方法施加预应力。这是体外预应力技术在大梁加固工程中的一种应用方法。笔者近几年来，又发展了一种以无粘结高强钢绞线作为补强拉杆，采用千斤顶纵向张拉，或手工横向张拉，或二者结合的方法施加预应力的体外预应力加固技术。下面将详细介绍这种加固方法。
　　一、设计方法
　　1、钢绞线的布置
　　W无粘结钢绞线的规格一般采用φj15（7φS5），极限强度为1570N/mm2或1860N/mm2，成对布置在梁的两侧，钢绞线的形心至梁侧的距离一般为40mm左右。钢绞线的形状应与需补足的弯矩图形相近。一般情况下，采用二根钢绞线便能满足要求，当需要补强的钢绞线数量很多时可以排成数排。为了不影响使用净高，可以把钢绞线在跨中的支承点设在梁底以上的位置。钢绞线可采用连续跨布置，以加强结构的整体性，并简化节点构造。
　　2、铁件的设置：为了形成设计要求的钢绞线形状，要在钢绞线的转折点处设置支承垫板或钢吊棍等铁件，在两端要设置钢垫板或钢销棍。
　　3、中间连续书点的做法：当采用多跨连续张拉，钢绞线在跨中的转折点设在梁底以上位置时，为了减少转折点处的摩擦力，在中间支座的两侧要设置钢吊棍。若钢绞线在跨中的转折点设在梁底以下位置，则中间支座可不设钢吊棍，钢绞线直接支承在连系梁或次粱上，但应在跨中设置拉紧螺栓。
　　4、端部锚固方法：
　　钢绞线端部的锚固采用园套筒三夹片式夹具。端部支承可采用下述二种方法：
　　1）、当具有垂直支承面时，可将夹具通过钢垫板支承于梁端；
　　2）、当无法设置钢垫板时，可用取芯机在梁端上部截面钻孔，设置园钢销棍，将夹具通过园钢销棍支承于梁端。当梁的砼质量较差时，可设置内径与园钢销棍直径相同的钢管垫，用快硬水泥砂浆坐浆。
　　5、预应力施加方法：
　　当钢绞线采用连续跨布置，而在跨中的转折点设在梁底以上位置时，应尽可能采用两端纵向张拉以减少摩擦力损失；当钢绞线在跨中的转折点设在梁底以下位置时，可采用一端纵向张拉，但在纵向张拉以后，还应利用设在跨中的拉紧螺栓进行横向张拉，以补足由摩擦力引起的预应力损失值。当纵向张拉有困难时，也可将跨中转折点设在梁底，全部采用横向张拉的方法。这种方法一般适用于无外观要求的情况。
　　纵向张拉的工具采用穿心千斤顶和高压油泵，张拉力直接从油压表中读取。横向张拉采用手工旋紧U字形拉紧螺栓的螺帽，使梁侧的钢绞线向梁底中间位置*拢，使钢绞线伸长，以补足预应力。采用横向张拉时可利用手持式引伸仪测读钢绞线的伸长率，进而求得预应力值。
　　6、张拉应力控制值：当采用千斤顶纵向张拉时，钢绞线的张拉应力控制值一般可取0.7fptk，当连续跨的跨数较多时，可采用0.75fptk.当全部采用手工横向张拉时，张拉应力控制值应适当降低，以免产生过大的塑性变形，影响应力测试精度，一般取0.6fptk左右。Fptk为钢绞线抗拉强度标准值。
　　7、防腐措施：当采用无粘结钢绞线作为补强拉杆时，一般属于需吊顶的情况，或不需考虑外观要求的情况。铁件和钢绞线可采用C30细石砼或1∶2水泥砂浆分别进行包裹。
　　二、构件强度计算方法钢绞线数量的确定需通过强度计算
　　由于钢绞线与大梁砼没有粘结在一起，在每一截面上钢绞线的应变与截面其它部位的应变不符合平截面假定，所以达极限状态时钢绞线应力增量的计算变得相当复杂，除利用截面上的轴向力平衡和弯矩平衡二个静力平衡条件外，还要利用下述变形协调条件：两锚固端之间钢绞线的总伸长值与钢绞线同高度处截面纤维的总伸长值相等。通常需根据钢绞线的形状和荷载的作用形式及截面的刚度曲线，利用积分的方法计算。考虑到加固构件的数量有限，而且钢绞线用量在整个加固费用中所占比例不是很大，所以可采用保守的近似计算方法。计算中，可以假定达极限状态时钢绞线的应力即为施加预应力时的张拉控制应力，即假定钢绞线的应力增量值与预应力损失值相等。于是便可以象普通钢筋砼大梁一样作正截面和斜截面的强度计算。
　　对于超筋截面，可将预应力引起的等效荷载来平衡掉一部分外荷载，然后根据减少了的截面内力作强度计算。此时可只考虑原截面的配筋。
　　如果原截面不是超筋截面，在考虑预应力钢绞线的作用以后才成为超筋截面，则应将计算结果与上述方法的计算结果作比较，取二者中较大的值。
　　三、无粘结钢绞线体外预应力加固法的优点与采用横向张拉的光面钢绞线体外预应力加固法一样，与传统的预应力加固法比较具有下述优点：
　　1、由于钢绞线的强度高，当需要拉杆承受较大内力时，材料面积也不需要很大，施工起来比较方便。
　　2、由于张拉应力高，预应力损失所占比例小，所以长期预应力效果好。
　　3、端部锚固有现成的夹具可以利用，安全可靠，不需现场烧电焊，适用范围广。
　　4、钢绞线的柔性好，很容易形成设计形状，施工起来方便。
　　5、由于钢绞线的长度长，可以采用连续跨加固，加强了结构的整体性。
　　6、施工速度快，而且不受气温影响。
　　7、大梁加固后对房屋净高影响不大。
　　8、由于原有大梁的强度可以充分利用，而且只需要对大梁本身进行加固，柱子和基础可以不加处理，所以加固费用比较低。
　　无粘结钢绞线体外预应力加固法与光面钢绞线体外预应力加固法相比，还具有下述优点；
　　1、由于无粘结钢绞线在转折点处的摩擦力较小，可以采用千斤顶纵向张拉，这样可减少张拉工作量，而且张拉值容易控制。
　　2、由于无粘结钢绞线的防腐性能较好，在外观要求不高的情况下，可采取简单的防腐措施，施工比较方便。
　　3、钢绞线储存方便，不会锈蚀。
　　4、铁件用量少