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浅谈既有建筑鉴定与改造加固（十二）
受弯构件体外予应力加固法
王锁军
奥福科技有限公司
（原北京蓝图工程设计有限公司）
一
体外予应力加固法简介
新建予应力混凝土结构构件分先张和后张法。先张是先张拉钢筋再浇筑混凝土，既有建筑不可能采用。后张法是在混凝土内部预留孔道（孔道一般是像弯矩图分布那样的曲线型，主要用于受弯构件的变形和抗弯），穿上钢筋，待混凝土达到强度后再张拉钢筋，张拉钢筋利用锚具产生予拉力，孔道可灌浆或不灌浆，不灌浆要注意予应力筋的防护，规范有相应的规定。
显然，既有建筑的构件不能先张，也不能预留后张孔道。只能在构件体外后张予应力钢筋，和一般后张法的原理基本一样。因为予应力筋在体外影响美观，所以这种加固方法一般仅用于工业建筑构件或民用建筑的设备用房对建筑美观要求不高的建筑。
体外予应力加固予应力筋布置一般如下图：
二
简化计算方法
估算时可按下面简图，予应力筋提供的转向点处向上的合力来抵抗结构荷载。下图左右图分别对应上图中的1、2转向点：
这和林同炎平衡荷载法的设计概念是一样的。只是林同炎的荷载平衡法是抛物线孔道布置的予应力筋提供给构件的按弯矩图形那样的向上的力，而体外予应力加固提供给构件的力只能是给一个或若干个向上的集中力。
《混凝土结构加固设计规范GB50367-2013》给出了简支梁采用予应力拉杆直段的估算的公式：
这是按予应力筋乘以其内力臂得出其提供的抗弯能力来简化计算的。
三
设计计算方法
体外予应力施加予应力后，支点处产生向上的反力，所以该加固法无需卸除构件上的活荷载等。采用予应力加固法可以提前使新增钢筋发挥作用，一种情况是原构件的承载力本身就不够了，新增予应力筋可以把原构件的内力减少，把减少的部分转移到了予应力钢筋上。所以无需卸载。第二种情况是新增荷载还未加上，予应力可以大幅度减少原构件的内力及产生反变形，以抵抗未来新增的荷载。
构件新增荷载后，予应力筋的应力将在原施加的予应力上继续增加，直至予应力筋和原构件受拉钢筋屈服，若此时梁的受压区高度正好在界限受压区高度范围内，是最理想的状态。
但考虑道施加现场条件等因素，为安全起见，计算予应力筋拉力就按施工时予拉力数值。予应力一定会损失，新增荷载后予应力一定会增长，所以这里的增长值就是予应力损失的那部分应力，显然这样考虑是偏于保守。
当跨数较多，应该采用横向拉紧法补足可能损失的予应力，也可增加张拉应力到0.75
(
为预应力钢筋设计强度）。
一般予应力钢筋的预张拉控制值为0.70
。
考虑予应力筋与原钢筋共同作用的计算界限受压区高度按原构件的0.85，也是考虑保守的因素。
对于要求不高的预应力加固，也可采用下撑两根予应力钢筋横向张拉的方法。横向张拉距离H和提供的张拉力关系规范计算公式如下：
这个横向张拉是根据几何换算及应力应变关系计算出来的。
四
体外予应力法抗剪设计
看规范的规定：
因为没有做一般梁抗剪加固那样的U形套箍，所以抗剪能力的提高来源于予应力筋对构件混凝土施加的预压力，而且乘以0.8的折减系数。如果仍然不够，可采用U形套箍组合应用。实际很多情况计算不考虑予压力对抗剪能力的提高。因为施工工艺问题，对抗剪能力的提高有限。
五
无粘结钢绞线体外予应力加固法构造
不必完全像普通现浇混凝土后张法予应力筋类似弯矩图那样的布置，体外予应力钢筋布置可以按沿弯矩图折线布置。
予应力筋一般布置在梁的两侧下部，但当采用横向张紧法时，只好布置在梁底部以下了。
予应力筋的张拉控制如下：
横向张拉式构造比较复杂，看下图：
横向张拉的伸长量按下面的公式计算：
这是比较简单的情况，复杂的比如好几根张紧螺栓时，伸长量的计算方法规范有比较明确的规定。
这里的横向位移量b按梁宽的1/2，算出了伸长量，知道了应变，乘以弹性模量就是施加的予应力数值了，如果这个数值太小，可增加张紧螺栓的根数。
可以根据横向张紧的位移H计算处预张应力：
这个公式我们前面讲过，其实和伸长量公式本质一样。
当采用横向张拉不足予应力损失时，不可张拉应力太大，应控制在0.05~0.15
。
体外予应力筋防火和防腐按下列要求：
六
普通钢筋体外予应力加固法构造
普通钢筋体因钢筋抗拉强度比较低，不能提供很大的预拉力，所以一般不用普通钢绞线那样的张拉。采用下撑式拉杆，横向张紧法施工比较方便。
2022年5 月5日
参考文献：
1、混凝土结构加固技术规范GB50357-2013
2、《建筑结构体外预应力加固技术规程JGJ/T279-2012》
3、建筑结构裂缝及加层加固 李国胜
4、高等学校教材 混凝土结构设计原理 清华大学等
勘察设计大师、规范主编
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