分析体外预应力技术在房屋建筑加固改造工程中的应用

宋国栋 常艳萍

【摘要】体外预应力加固技术是一种主动加固技术。不仅可以应用于新建工程，更适用于旧结构的改造与加固。体外预应力结构布置灵活，安全可靠，特别是可以在结构正常工作情况下实现调索和换索，是其他结构形式所无法比拟的优点。体外预应力技术以其施工方便、节省材料、降低造价、方便检修且可以大幅有效的提高房屋建筑承载力等优点，在新时期的建筑建设及加固过程中发挥了强大的作用。本文主要对体外预应力技术的概况、特点及房屋建筑加固改造中的应用进行了分析与探究。

【关键词】体外预应力技术；房屋建筑；加固改造工程；技术应用；概况；特点；力学特性

近年来由于具有无粘结体内预应力无法比拟的优点，如截面尺寸小，施工简单，质量容易保证，更重要体外索可以替换，重张拉。体外预应力正广泛应用于美国、德国等许多国家的新建筑工程建设，同时应用于旧有的混凝土结构的重建、加固及维修。而我国体外预应力技术的研究工作开展的相对较少，主要应用于对房屋建筑工程的加固。随着预应力技术和高强混凝土的发展，体外预应力技术的应用将成为现代预应力技术发展的重要趋势。

一、体外预应力技术的概况

体外预应力是后张预应力体系的重要分支之一，体外预应力砼结构有很多优点，预应力筋套管布置简单，调整容易，简化了后张法的操作程序，大大縮短了施工时间；同时由于预应力筋布置于腹板外面，使得浇筑砼方便；由于预应力筋的位置，减少了施工过程中的摩擦损失且更换预应力筋方便易行。

体外和体内预应力结构在结构构造上的根本区别就是预应力筋位于混凝土结构的外部，仅在锚固及转向块处可能与结构相连，因此，体外索的应力是由结构的整体变形所决定的；而在体内有粘结预应力结构中，力筋位于混凝土结构的内部，与结构完全粘结，在任意截面处都与结构变形协调，因此力筋的应力是与某个混凝土截面息息相关的。传统上来说，体内预应力筋是不被看作一个单独构件的。而体外筋在混凝土体外，自然成为一个相对于组成结构整体的单独构件，其较体内筋要重要许多。所以在承受动力荷载的体外预应力结构设计中，必须考虑到体外筋与结构是独立振动的，应防止二者共振，而且当体外预应力筋在动力荷载（如车辆等）作用下发生共振时，就易发生锚具的疲劳破坏和转向构件处的预应力筋的弯折疲劳破坏。在地震区时设计还必须考虑采取相应措施，提高体外预应力结构的抗震性能。

二、体外预应力技术的特点

1、体外预应力混凝土结构的力学特性

体外预应力混凝土结构一般采用折线形预应力束，预应力筋仅在锚固区域和转向块处与结构相连，受力特性与无粘结预应力结构类似。在正常使用极限状态下，可采用弹性分析方法设计；在极限承载力状态下，体外预应力混凝土结构一般应按无粘结预应力混凝土结构分析设计。但两者也有区别，一般的无粘结预应力混凝土结构预应力筋是位于混凝土截面内的，预应力筋的偏心矩固定，而体外预应力结构的预应力筋在构件截面上的相对位置仅在锚固点和转向块处不变，其它位置上偏心矩是变化的，从而产生体外预应力的偏心矩损失，或称为二次效应。2、体外预应力的耐久性

体外预应力混凝土结构的关键技术之一是体外预应力筋的耐久性防护。早期体外预应力混凝土桥梁结构的失效或损坏大多数是由于预应力筋的锈蚀引起的。鉴于耐久性在工程中的重要性，各国规范和各种体外预应力体系对于预应力筋的防护提出了一系列要求及指标。

3、转向块的设计

体外预应力混凝土结构必须通过转向块导管改变预应力筋方向，从而形成折线配筋形式。如果转向块设计不合理或构造措施不当，在转向块导管与预应力筋的接触区域，由于摩擦和横向挤压作用，预应力筋容易产生局部硬化和摩擦损失过大。转向块的设计要求预应力筋的折角点位置必须高度精确，避免产生附加应力；转向块导管曲线过渡平滑，在结构使用期内不应对预应力筋造成损害。

三、房屋建筑加固改造工程中体外预应力技术的应用

随着国民经济发展速度的不断提升，在房屋建筑工程施工中，只有根据相关施工要求进行施工，才能提升建筑工程的质量。体外预应力技术作为房屋建筑加固改造工程施工建设的重要技术之一，只有规范施工流程，才能提高其施工技术水平，才能提高工程整体质量，并能为房屋建筑工程经济效益最大化的实现提供可靠保障。

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。

四、结束语

综上所述，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。

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