磚砌體建筑體外預(yù)應(yīng)力抗震加固技術(shù)探究

1、磚砌體建筑體外預(yù)應(yīng)力抗震加固技術(shù)探究摘要：近年來(lái)，世界范圍內(nèi)地質(zhì)極為活躍，地震活 動(dòng)頻現(xiàn)。在我國(guó)境內(nèi)，2008年的汶川地震與2040年的玉樹(shù) 地震對(duì)當(dāng)?shù)亟ㄖ镌斐闪藰O大的破壞，其中，砌體結(jié)構(gòu)破壞 現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。為此，有必要進(jìn)一步深入研究砌體結(jié)構(gòu)的抗 震性能，并采取有效措施對(duì)已建砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固關(guān)鍵詞：磚砌體建筑體外預(yù)應(yīng)力抗震加固刖b據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城鎮(zhèn)既有建筑總量超過(guò)500億m2 , 而其中以磚砌體墻體為主要承重和抗震墻體的磚砌體建筑 所占比例很大，且許多未達(dá)到抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。一般而言，磚 砌體結(jié)構(gòu)整體性相對(duì)較差，砌體材料抗壓強(qiáng)度較高而抗拉、 抗剪強(qiáng)度較低，且具有自重大、呈脆性等特點(diǎn)，導(dǎo)致

2、其抗震 性能較差，在強(qiáng)烈地震作用下一旦發(fā)生倒塌，將造成大量的 人員傷亡。漢川地震、玉樹(shù)地震和雅安地震中，大量磚混、 磚木結(jié)構(gòu)房屋倒塌，人員傷亡慘重。因此，對(duì)現(xiàn)存的大量不 滿足抗震設(shè)防要求的砌體房屋進(jìn)行加固改造，提高其抗震安 全性，是當(dāng)前工程建設(shè)領(lǐng)域函待解決的問(wèn)題仁概述目前，應(yīng)用于砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固方法大體可以分為兩類,直接加固法與間接加固法。直接加固法包括：增大截面 加固法、置換混凝土加固法、外粘型鋼加固法、外粘鋼板加固法、粘貼纖維復(fù)合材加固法、繞絲加固法或高強(qiáng)度鋼絲繩網(wǎng)片、聚合物砂漿外加層加固法等；類似的工程有江北人民 醫(yī)院門診樓加固工程、南京蘇杰學(xué)校浦口校區(qū)加固工程、河 海大學(xué)江寧校區(qū)行政

3、樓加固工程、南京曉莊學(xué)院附屬小學(xué)教 學(xué)樓加固工程等，都是采取直接加固法；間接加固法包括： 外加預(yù)應(yīng)力加固法或增設(shè)支點(diǎn)加固法等。類似的工程有物流 外包及倉(cāng)儲(chǔ)配套服務(wù)中心項(xiàng)目倉(cāng)庫(kù)加固改造工程、寧海中學(xué)1號(hào)教學(xué)樓和藝術(shù)樓加固工程等采取的是間接加固法。其中 直接加固法均是通過(guò)增設(shè)附加材料或構(gòu)件來(lái)分擔(dān)原有結(jié)構(gòu) 所受到的地震作用。這些加固措施從有效性、粘結(jié)材料的耐 久性、操作一體性、加固效果的連續(xù)性以及經(jīng)濟(jì)性等方面均 存在一定的問(wèn)題。眾所周知，結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞與其抗剪 強(qiáng)度的大小直接相關(guān)。對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)，影響抗剪強(qiáng)度的因秦 主要有：砂漿和塊體的強(qiáng)度、法向壓應(yīng)力（即剪-壓復(fù)合受力 相關(guān)性）和砌筑施工質(zhì)量等。

4、施楚賢、駱萬(wàn)康等人對(duì)砌體剪 -壓復(fù)合受力的相關(guān)性問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究工作，對(duì)砌體剪 切強(qiáng)度破壞過(guò)程有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。針對(duì)砌體結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng) 度低、抗壓性能好的特點(diǎn)，國(guó)外學(xué)者提出對(duì)砌體施加預(yù)應(yīng)力 來(lái)提高其抗彎、抗剪能力，并改善其延性性能。國(guó)內(nèi)從20 世紀(jì)90年代開(kāi)始對(duì)預(yù)應(yīng)力砌體進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表 明，預(yù)應(yīng)力在提高砌體結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度、變形、延性及墻體 的抗震性能方面有顯著的效果。但是，到目前為止，還僅局 限于試驗(yàn)研究階段，在預(yù)應(yīng)力砌體的設(shè)計(jì)及應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi) 規(guī)范幾乎空白。在國(guó)外，預(yù)應(yīng)力砌體盡管有應(yīng)用，也主要出 現(xiàn)在擋土墻和廠房、倉(cāng)庫(kù)、教堂等高大單層建筑物中的外墻。在中高層建筑結(jié)構(gòu)中如何應(yīng)用預(yù)應(yīng)

5、力砌體是下一步研究發(fā) 展的趨勢(shì)。此外，該預(yù)應(yīng)力砌體的理念也很少岀現(xiàn)在對(duì)已建 砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固之中從砌體結(jié)構(gòu)內(nèi)在的抗剪機(jī)理角度出發(fā)，充分利用砌體剪 壓復(fù)合受力的相關(guān)性所帶來(lái)的抗剪潛力，提出了砌體結(jié)構(gòu)體 外預(yù)應(yīng)力抗震加固方法。通過(guò)整體張拉沿砌體墻外部?jī)蓚?cè)全 高范圍內(nèi)設(shè)置的預(yù)應(yīng)力筋對(duì)墻體施加預(yù)壓力，從而提高砌體 墻自身的抗剪強(qiáng)度，并改善其抗震性能。該方法很少增加結(jié) 構(gòu)自重、加固貫穿全結(jié)構(gòu)、在穿越樓層時(shí)加固效果保持連續(xù)、 加固工程量小、耗資少、施工也方便。與此同時(shí)，以一典型 的四層砌體教學(xué)樓結(jié)構(gòu)為例，具體討論了該種抗震加固方法 在多層砌體結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程。像南理工驗(yàn)小學(xué)教 學(xué)樓加層改造項(xiàng)目、原姜

6、家園小學(xué)臨時(shí)校區(qū)教學(xué)樓抗震加固 項(xiàng)目、南京市揚(yáng)子第四小學(xué)加固工程、鼓樓區(qū)育英外國(guó)語(yǔ)學(xué) 校教學(xué)樓k教學(xué)樓2抗震加固改造工程都是采取此類方法 進(jìn)行加固處理的?？紤]到多層砌體結(jié)構(gòu)各樓層各部分墻體處 于不同的壓應(yīng)力水平，提出了采用廿頁(yè)應(yīng)力分級(jí)鍵”對(duì)預(yù)應(yīng)力 筋進(jìn)行分級(jí)張拉，根據(jù)各墻體實(shí)際所需來(lái)施加對(duì)應(yīng)大小的壓 應(yīng)力，從而充分調(diào)動(dòng)了原有結(jié)構(gòu)內(nèi)在的抗震能力2體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固砌體結(jié)構(gòu)施工方法2.1預(yù)應(yīng)力筋的選取與連接體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)中的預(yù)應(yīng)力筋可以選用高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線和高強(qiáng)鋼筋（如精軋螺旋鋼筋c25 ）,但根據(jù)國(guó)外多年的 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，豎向后張拉構(gòu)件建議選擇高強(qiáng)鋼筋，這是由于體 外預(yù)應(yīng)力筋全部暴露在外，使細(xì)軟的鋼

7、絞線或鋼絲束的架設(shè) 變得十分困難，而高強(qiáng)鋼筋的剛度較大，不需要太多的臨時(shí) 支撐，且更容易定位，施工操作相對(duì)便捷。此外，預(yù)應(yīng)力筋 應(yīng)采用高強(qiáng)鋼而不是低碳鋼，因?yàn)榈吞间摃?huì)由于徐變產(chǎn)生很 大的預(yù)應(yīng)力損失，而高強(qiáng)鋼可以在施加預(yù)應(yīng)力的過(guò)程中達(dá)到 高應(yīng)變，從而使砌體徐變和收縮產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失降到最 小。另外，選用高強(qiáng)鋼，在同樣的預(yù)拉力下預(yù)應(yīng)力筋的直徑 會(huì)更小，這樣可以減少對(duì)房屋外觀的影響。當(dāng)房屋高度較高 時(shí)，由于運(yùn)輸?shù)男枰?，預(yù)應(yīng)力筋需要被截?cái)?。因此沿房屋?度方向，預(yù)應(yīng)力筋的連接可以采用螺紋套筒連接或焊接，但 必須確保有足夠的錨固長(zhǎng)度，以保證連接處能夠有效地傳遞 預(yù)拉力。對(duì)于設(shè)置有分級(jí)鍵的地方，可采用在上

8、、下層預(yù)應(yīng) 力筋兩端車螺紋，下部預(yù)應(yīng)力筋穿過(guò)分級(jí)鍵和樓板，在樓板 上方用套筒與上部預(yù)應(yīng)力筋連接2.2預(yù)應(yīng)力筋的錨固般預(yù)應(yīng)力筋的上部為張拉端，下部為固定端。上部錨 固的主要要求是允許不受約束地施加預(yù)應(yīng)力，并將這個(gè)力按 照要求分布到周圍的砌體上。本技術(shù)中上部錨固可在預(yù)應(yīng)力 筋的端部車螺紋，套上墊塊和螺母，用螺母和螺紋來(lái)固定預(yù) 應(yīng)力筋。用于上部錨固的墊板應(yīng)該具有足夠的剛度，能夠抵 抗作用于墊塊上的剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，其厚度應(yīng)該根據(jù)計(jì)算 確定預(yù)應(yīng)力筋下部錨固的主要要求是抵抗預(yù)應(yīng)力對(duì)錨體的局部作用，錨固必須保證對(duì)預(yù)應(yīng)力荷載的抗力不超過(guò)錨體的允許粘結(jié)應(yīng)力、剪應(yīng)力、承壓應(yīng)力等。由于需要加固的建筑既 有基礎(chǔ)形式

9、已定，因此可根據(jù)具體的基礎(chǔ)形式確定：當(dāng)墻體 下部為磚基礎(chǔ)時(shí)，可將基礎(chǔ)鑿開(kāi)，預(yù)應(yīng)力筋可用插入墻體下 部的槽鋼固定，待預(yù)應(yīng)力筋放置就位后，再用微膨脹混凝土 澆筑，混凝土中配置適量的鋼筋，通過(guò)化學(xué)植筋法錨入原磚 基礎(chǔ)中。當(dāng)墻體下部為混凝土基礎(chǔ)時(shí)，若需施加的預(yù)應(yīng)力較 小，可直接采用化學(xué)植筋法將預(yù)應(yīng)力筋錨入原基礎(chǔ)中，植筋 長(zhǎng)度需經(jīng)過(guò)計(jì)算確定；當(dāng)需要施加的預(yù)應(yīng)力較大時(shí)，可在基 礎(chǔ)上鑿孔，預(yù)應(yīng)力筋用錨板固定，待預(yù)應(yīng)力筋放置就位后， 再用微膨脹混凝土澆筑，混凝土中配置適量的鋼筋2.3預(yù)應(yīng)力筋的張拉在給砌體墻體施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，推薦兩種方法，這兩種方 法都是通過(guò)拉伸鋼筋擠壓墊板產(chǎn)生反作用力從而給砌體施加預(yù)應(yīng)力的，它

10、們的區(qū)別在于施力系統(tǒng)的不同(1) 液壓張拉法首先用墊板和墊圈套住預(yù)應(yīng)力筋并擰上螺母，將預(yù)應(yīng)力 筋固定就位，然后可采用液壓張拉法直接張拉。所施加的拉 力值可由張拉器所帶的壓力計(jì)讀出。待張拉至油壓標(biāo)定值 后，再用扳手將螺母旋緊至墊板的表面，然后卸載油壓，移 去張拉器即可。液壓張拉法精度高，可以很好的適用于預(yù)應(yīng) 力筋直徑大和長(zhǎng)度較大的情況(2 )使用扭矩扳手扭矩扳手系統(tǒng)是采用扭矩扳手旋緊套在預(yù)應(yīng)力筋張拉端 螺紋上的螺母，使它壓緊墊板以拉伸鋼筋的。扭矩扳手帶有 按所需扭矩預(yù)先調(diào)好的顯示裝置，因此可準(zhǔn)確地拉伸鋼筋及 施加所要求的預(yù)拉力結(jié)束語(yǔ)砌體結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，適合在城 鎮(zhèn)砌體房屋加固改造工程中