提要  笔者自1988 年开始将高强钢绞线体外预应力技术弓|进钢筋砼大梁的加固工程中，后来又应用到楼面板的加固工程中。1995 年又创造了后张无粘结高强钢绞线预应力托换刚架技术，将其用于拔柱、拆墙等改造工程。至今已在近百个加固和改造工程中应用了高效预应力技术。本文较系统地总结了高效预应力技术在加固和改造工程中的应用情况。

关键词   高强钢绞线   体外预应力   预应力托换刚架   加固和改造 工程

1 前言

在工程中经常要碰到以下情况:构件砼强度不足而导致承载力不足;构件因火灾受损;楼面使用荷载增加;楼、屋面大梁严重开裂;要进行拔柱、拆墙改造等。解决这些问题的常用方法有:加大截面法、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、构件外部粘贴碳纤维布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(见图1)。

预应力加固法的主要优点是立即见效。随着预应力的施加，裂缝宽度随即变小，大梁产生反拱，构件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-般不能同时得到加强。对于近几年广泛采用的外部粘贴碳纤维布法，更具有一个致命的弱点:当充分发挥碳纤维布的高强度时，砼的裂缝宽度将达到不能容忍的程度。所以笔者极力主张在加固和改造工程中采用预应力技术。

但是，钢筋砼大梁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]. 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。 后来笔者又发展了一种以无粘结高强钢纹线作 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。具体的设计和施工方法见参考文献[3].至今已用于近百个工程、数千跨大梁的加固。

体外预应力技术还广泛应用于楼板的加固工程中，主要是采用“无粘结钢绞线下撑式预应力拉杆法”。

1995年，笔者又在拔柱、拆墙的改造工程中创造了“后张无粘结高强钢绞线预应力托换刚架技术”。先后用于近十个拔柱、拆墙的改造工程。

下面将较系统地总结“高效钢绞线体外预应力技术”和“无粘结高强钢绞线预应力托换刚架技术”在加固和改造工程中的应用情况。

2 高效体外预应 力技术在加固工程中的应用

2.1、用于加固砼强度严重不足的钢筋砼大梁

当砼强度低于CI5时，目前加固工程中常用的外部枯贴钢板法和外鄜粘贴碳纤维布法已不适用。预应力技术由于给构件提供了一个反向弯矩，使大梁截面受拉边缘的最大拉应力和受压边缘的最大压应力都同时减小，有效地调整了截面应力的分布，降低了对大梁砼强度的要求，只要端部支承垫板处的砼局部承压力能满足要求即可。所以高强钢绞线体外預应力加固法很适宜用于加固砼强度严重不足的钢筋砼大梁。在我们加固的工程中，有的钢筋砼大菜的砼强度仅C10左右。象宁海县西店小学教学楼的楼屋面大梁，砼强度很低，曾被电视台爆光过。经加國以后摘掉了危房帽子，使用情况良好。

2.2、用于加固火灾受损的大梁

钢筋砼大梁经火灾受损以后，表面砼的强度很低，而且往往已出现许多裂缝，不能采用外部粘钢和外部粘贴碳纤维布的方法进行加周，而采用加大藏面法施工很麻烦，这种情况采用“高强钢絞线体外预应力加固法"最为理想。与砼强度严重不足的大梁一-样， 由于预应力提供了一个反向弯矩，有效地调整了大梁截面的应力分布，使对大梁砼强度的要求降低，也可以减小大梁裂縫宽度，并有效控制裂缝的进一步开展。我们已用高强钢绞线体外预应力技术加固了近十个火烧工程的受损大梁，都取得了满意的结果。

2.3、用于加固楼面使用荷载增加幅度较大的楼面梁

当楼面使用荷载增加幅度较大时，为了提高大梁的刚度和强度，一般得采用加大藏面法对大梁进行加固。由于加大截面法施工很麻烦，为了保证力的传递往往需要同时对柱子进行处理，施工期长，加固费用高，气温低时也不适宜施工。采用“高强钢绞线体外预应力加固法”很容易?M足大梁刚度和承载力的要求，施工方便， 不需对柱子进行处理，气温低时也可施工，施工工期短，加固费用低。

2.4、用于加固已严重开裂的楼、屋面大梁

钢筋砼楼、屋面大梁在砼收缩，室内外温差和荷载的共同作用之下，往往要在跨中产生竖向裂縫，在两端产生斜向裂缝。当砼质量较差时，裂缝情况更加严重,裂縫宽度经常要超过国家设计规范的要求，需要进行加固处理。对于已严重开裂的楼、屋面大梁，最理想的加固方法是采用“高强钢绞线体外预应力加固法”。因为加固以后，大梁的裂缝宽度要变小，而且大粱上始终作用有轴向压力，可以有效地抵抗砼收缩和室内外温差引起的轴向拉应力，使得裂縫有效地得到控制，- -般将裂缝封闭以后将不再出现。象杭二棉南纺车间的271根9m跨长的风道大梁，自1958年建成以后.没过几年就严重开裂，在用石棉瓦替代青平瓦以后，裂缝仍继续发展，至1991年时已不敢使用，被定为危房，准备移地重建。由于资金困难，委托我们用高强钢绞线体外预应力技术对其进行加固。加固以后至今情况良好，裂縫封闭掉以后再也没有发现过。

2.5.用于减小大梁截面高度时的加固

在房屋改造工程中，有时要将大梁截面高度减小。最近我们遇到-一个工程，要将8m跨度大梁的截面高度由800mm改为400mm.象这种情况，只能采用预应力技术,因为预应力可以平衡掉一一部分外荷载， 使大梁截面高度减小以后仍能满足刚度的要求。这时可采用体外预应力技术，也可采用体内后张无粘结预应力技术。在预应力施加以后再将要去掉的梁截面去掉。采用无粘结高强钢绞线体外预应力加固技术施工起来更加简单，工期短，造价低。

2.6、用于拔柱、拆墙时的加固

当柱子和承重墙所受荷载不是很大时，可采用“高强钢绞线体外预应力加固法"对大梁或圈梁进行加固,加固后将柱子或承重墙敲掉。由于预应力提供了一个反向弯矩,产生反拱，在柱子或承重墙拆除后不会产生过大挠度而使上部楼板或墙体出现裂縫，也可以做到使柱子或承重墙拆除后上部结构不产生挠度。

2.7、用于加固楼面使用荷载增加幅度较大的楼面板

当加固楼面使用荷载增加幅度较大的楼面板时，可在板底设置钢支托。为了保证刚度，钢支托要有较高的截面，有时两端还没有地方可以支承。如果采用“无粘结钢绞线预应力下撑式拉杆法”进行加固，则可以大大减小钢支托的截面尺寸和省去两端支座。这时可在钢支托的下部相隔一段距离设置-根预应力钢绞线，钢绞线采用折线形，张拉以后便将钢支托变成多跨连续梁，而且产生了向上的反力，主动地平衡掉一部分外荷载。 采用这种方法加固，钢支托一般可采用12#工字钢，在钢绞线的支点处，焊上一根中50的钢管，以增加钢绞线在支点处产生的向上反力，并减小钢绞线在转折点处的磨擦力。无粘结钢绞线的问距可根据需要平衡的外荷载的数值和斜向段钢绞线的斜度进行计算确定。施加预应力的数值必须考虑到施工阶段不能使空截时的楼板项面出现裂縫。近几年来在老房子楼面上建密集型档案库和桑拿浴池，在老房子屋面上放水箱的情况越来越多。象这些情况我们均采用“无粘结钢绞线预应力下撑式拉杆法”进行加固，均取得了很好的效果。

3后张无粘结高强钢绞线预应力托换刚架技术

这是一种体内预应力加固技术，可用于拔柱或拆除承重墙时的加固。当柱子或承重墙所受荷载很大，而且改造后跨度也较大时，如果采用非預应力托换刚架技术,在拔柱和拆墙后将会产生较大的挠度，从而导致上部楼面板和墙体开裂。采用预应力托换刚架技术，由于可以提供反向弯矩，产生反拱，使挠度减小，甚至可以完全平衡掉上部荷载，所以这是一种很理想的加固技术。

采用后张无粘结高强钢绞线预应力托换刚架技术进行拔柱和拆除承重墙的改造工程,需要解决以下二个问题:

1、刚架柱的基础要能够承受拔柱或拆墙后所增加的荷重，而且不能产生过大沉降。由于基础的面积要受到相邻结构基础的制约不允许做得过大,所以最好的方法是采用锚杆静压桩基础，在拔柱或拆墙之前先进行压桩施工。

2、刚架柱和刚架梁的空间要设法留出来，好配置钢筋和无粘结钢绞线。这要根据计算设置足够的钢支撑先将.上部荷裁支撑住，然后去除该空间里的砖墙。该空间里如果有钢筋砼梁和柱，可以保留，将刚架梁和柱的截面加宽，钢筋可以布置在梁、柱的外侧，箍筋可以穿过梁、柱。

当房屋净高允许时，托换刚架横梁可以离开楼板底面一定距离，刚架横梁的砼可以在楼板下灌注:如果房屋的净高不允许，则托换刚架欖梁要项住楼板，在楼板上设砼灌注孔，往下灌注砼。

我们曾用该法拆除了四层砖混结构底层的砖墙和柱，将底层改造为12m跨度的保龄球馆。在破墙和柱子拆除时，托换刚架横梁的跨中仅产生smm的挠度，上部结构完好无损。

4结语

笔者自1988年开始将高强钢绞线体外预应力技术引进钢筋砼大梁的加固工程中，后来又应用到楼面板的加固工程中。1995年又创造了后张无粘结高强钢绞线预应力托换刚架技术将其用于拔柱、拆墙等改造工程。至今已在近百个加固和改造工程中应用了高效预应力技术。

经过16年的实际应用，我们觉得以高强钢绞线作为补强拉杆的高效体外和体内预应力加固法具有下述优点:

1、由于钢绞线的强度高，当霄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、端部锚國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;

s、由于钢绞线的长度长， 可以采用连续跨加因，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:

9、由于预应力可以提供反向弯矩，有效控制构件的挠度，所以可以用于楼面使用荷载增加很大时楼面梁、板的加固。当用于拔柱、拆墙和减小梁截面高度等改造工程时更为理想:

10、由于预应力可以在梁截面上提供一个长期的轴向压力，所以对控制由砼干缩、温差和荷载共同引起的裂缝具有特别明显的作用;

11、由于预应力可以有效调整梁截面内应力，使对砼强度的要求降低，所以可以用来加固砼强度很低或经火灾受损的钢筋砼大梁:

12、预应力加固技术还可以加固超筋截面，因为它可以平衡掉部分外荷载，提高了超筋截面的承载能力。

参考文献

[1]项剑锋:高强钢绞线预应力加固法，建筑技术，1990 年第6期

[2]项剑锋:钢筋砼大梁高强钢绞线预应力加固法。后张预应力砼设计手册，陶学康主编，中国建筑工业出版社，1996年11 月。

[3]项剑锋:钢筋砼大梁无粘结钢绞线体外预应力加固法，结构工程师增刊，预应力结构基本理论及工程应，用2000.同济大学。