砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)設(shè)計(jì)方法及施工實(shí)現(xiàn)

蔣　璐

(1.上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司，上?！?00032；2.上海建科工程改造技術(shù)有限公司，上?！?00032；3.上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上?！?00032)

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砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)設(shè)計(jì)方法及施工實(shí)現(xiàn)

蔣璐1，2，3

(1.上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司，上海200032；2.上海建科工程改造技術(shù)有限公司，上海200032；3.上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200032)

砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，是一種十分有效的抗震加固技術(shù)，具有廣泛的適用范圍。根據(jù)課題組前期已完成的專項(xiàng)振動(dòng)臺(tái)縮尺對(duì)比試驗(yàn)成果，在大量閱讀相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文報(bào)道了砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、預(yù)應(yīng)力損失取值、以及預(yù)應(yīng)力筋的錨固、張拉、防護(hù)等施工方法，作為該課題的后續(xù)研究成果，以便工程技術(shù)人員及科研人員參考借鑒。

砌體結(jié)構(gòu)；抗震加固；體外預(yù)應(yīng)力；預(yù)應(yīng)力砌體

0　引言

目前在我國(guó)城鎮(zhèn)建筑中，砌體結(jié)構(gòu)房屋仍約占有80%以上的比率；而在廣大農(nóng)村，砌體結(jié)構(gòu)房屋是居民住宅的主體。這些房屋大都建于20世紀(jì)，由于歷史、經(jīng)濟(jì)等原因，這些房屋大部分都沒(méi)有進(jìn)行合理的抗震設(shè)計(jì)甚至根本未做抗震設(shè)防，難以抵御強(qiáng)烈地震的襲擊，需要進(jìn)行抗震加固。而常用的砌體結(jié)構(gòu)加固方法如粘鋼、鋼絲網(wǎng)水泥砂漿面層等由于加固費(fèi)用昂貴，不適于在我國(guó)大面積抗震加固中采用，且這些方法在墻與墻豎直交界線以及墻與樓板的水平交界線上，都很難達(dá)到加固效果的連續(xù)性，同時(shí)還存在二次受力的問(wèn)題[1]。

震害調(diào)查表明：在以往地震中，大量砌體墻體因剪切變形而破壞并產(chǎn)生過(guò)度的平面內(nèi)變形，而與之正交的墻體則因平面外變形過(guò)大，抗彎能力差而倒塌，隨之造成砌體結(jié)構(gòu)的整體坍塌。因此改善砌體結(jié)構(gòu)的抗剪、抗彎性能是減小結(jié)構(gòu)在地震作用下變形，維持結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的關(guān)鍵所在。砌體結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度弱，其彎曲抗拉強(qiáng)度通常不及其抗壓強(qiáng)度的5%[1]。倘若對(duì)墻體施加一個(gè)適當(dāng)?shù)念A(yù)壓力，由預(yù)壓力來(lái)抵消地震作用下墻體中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，不僅可以克服上述弱點(diǎn)，減少墻體開裂，還可顯著改善砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

基于此，課題組提出了砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力抗震加固技術(shù)，并于2010年在同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了專項(xiàng)振動(dòng)臺(tái)縮尺對(duì)比試驗(yàn)，有效地驗(yàn)證了砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的有效性[2-4]。作為該課題的后續(xù)研究成果，本文報(bào)道了砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍、設(shè)計(jì)計(jì)算方法及預(yù)應(yīng)力損失的取值，并對(duì)體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的施工實(shí)現(xiàn)作出了指導(dǎo)。

1　體外預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)技術(shù)[1-4]

本技術(shù)系在墻體兩側(cè)(貼緊墻體)從基礎(chǔ)到屋頂壓頂梁，按照類似砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱的平面分布要求埋設(shè)并張拉預(yù)應(yīng)力筋(預(yù)應(yīng)力筋需事先進(jìn)行防火、防腐處理)，使墻體在交角處和主要受力段受到預(yù)壓力。預(yù)壓力提高墻體的抗剪強(qiáng)度，也抵消因水平地震作用產(chǎn)生的彎矩或豎向地震作用在墻體中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，減少墻體開裂，從而避免墻體因水平開裂而喪失抗剪能力。體外預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1　體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)示意圖

對(duì)于多層砌體結(jié)構(gòu)而言，各層墻體受壓狀態(tài)有所不同：下部墻體由于自重壓力大，可施加的預(yù)應(yīng)力相對(duì)較小，由預(yù)壓力帶來(lái)的抗剪強(qiáng)度提高有限。而下部墻體地震剪力往往較大，因此可在下部附加柔性交叉斜拉桿來(lái)增強(qiáng)墻體的抗剪能力。而上部墻體由于自重壓力小，墻體抗壓承載力有較大余量，可以大幅度施加預(yù)應(yīng)力。此時(shí)，通過(guò)在上、下墻體分界處的樓面圈梁上設(shè)置一組“分級(jí)鍵”來(lái)解決上、下墻體分級(jí)施加預(yù)應(yīng)力的問(wèn)題，分級(jí)鍵設(shè)置位置見圖1(a)中所示。分級(jí)鍵見圖1(c)，為一組設(shè)于圈梁處的倒形鋼部件，兩片豎向鋼板貼于圈梁兩側(cè)，并用化學(xué)螺栓固定；水平向鋼板開孔，便于預(yù)應(yīng)力筋穿過(guò)。墻體上、下層預(yù)應(yīng)力筋用套筒進(jìn)行連接。

分級(jí)張拉時(shí)，可遵循如下步驟：首先，在屋頂處用液壓張拉器張拉預(yù)應(yīng)力筋直至達(dá)到下層墻體預(yù)應(yīng)力筋所需的拉力值，然后擰緊預(yù)應(yīng)力筋上位于分級(jí)鍵水平鋼板頂部和底部的4個(gè)螺母，使得該處成為施加預(yù)拉力的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣下層墻體預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力就被鎖定了；然后，在屋頂處繼續(xù)張拉預(yù)應(yīng)力筋直至達(dá)到上層墻體預(yù)應(yīng)力筋所需的拉力值，依次類推，最后在頂部擰緊螺母固定，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)上下各層墻體的分級(jí)張拉。需要說(shuō)明的是，分級(jí)鍵的剛度應(yīng)該足夠大，以保證在張拉上部墻體預(yù)應(yīng)力筋時(shí)不至對(duì)下部墻體預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力造成過(guò)大的影響。此外，施加預(yù)應(yīng)力后，墻體由自重和預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的總壓力值不得超過(guò)砌體抗壓強(qiáng)度。

砌體結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)加固方法大都在原結(jié)構(gòu)上直接增設(shè)附加材料或構(gòu)件來(lái)分擔(dān)地震力，從而達(dá)到抗震加固目的[5]。相對(duì)于傳統(tǒng)加固技術(shù)而言，砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)可根據(jù)原結(jié)構(gòu)各層墻體受壓狀態(tài)不同的特點(diǎn)采用分級(jí)張拉對(duì)策，充分發(fā)揮各層墻體的抗壓能力，且很少增加結(jié)構(gòu)自重；此外，加固效果在豎向連續(xù)，不存在二次受力問(wèn)題，無(wú)需在加固前對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸載。

2　體外預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

2.1預(yù)應(yīng)力損失

同預(yù)應(yīng)力混凝土一樣，施加于砌體墻體上的預(yù)應(yīng)力，也會(huì)逐漸減小。從預(yù)應(yīng)力施加和傳遞一開始，以及在整個(gè)使用期間內(nèi)，預(yù)應(yīng)力都會(huì)產(chǎn)生損失。由于本文所報(bào)道的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力砌體技術(shù)存在一定的區(qū)別，目前尚無(wú)工程實(shí)例或試驗(yàn)結(jié)果可供參考來(lái)預(yù)測(cè)預(yù)應(yīng)力損失，因此只能在過(guò)去人們對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力砌體研究的基礎(chǔ)上對(duì)該技術(shù)的預(yù)應(yīng)力損失做出一個(gè)保守的預(yù)估。

在預(yù)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力損失通常由：①預(yù)應(yīng)力筋的松弛，②砌體的彈性變形，③砌體的收縮變形，④砌體的徐變，⑤錨具的回縮，⑥溫度和濕度改變，⑦預(yù)應(yīng)力筋與砌塊的摩擦等7項(xiàng)組成[6]。以上預(yù)應(yīng)力損失中：②可由重新施加預(yù)應(yīng)力來(lái)補(bǔ)償；采用后張法施加預(yù)應(yīng)力，能夠使⑤減到最??；另外，預(yù)應(yīng)力筋采用直線形，并且布置在墻體外側(cè)，幾乎不存在⑦損失。所以對(duì)于預(yù)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，主要以①和④損失為主。關(guān)于預(yù)應(yīng)力損失的取值，文獻(xiàn)[6]中建議燒結(jié)黏土磚砌體為20%左右，混凝土砌塊砌體為35%左右，至于其它類砌體尚無(wú)研究結(jié)果；文獻(xiàn)[7]則中認(rèn)為混凝土砌塊砌體預(yù)應(yīng)力損失取35%偏于保守，20%即可；而文獻(xiàn)[8]中對(duì)40根預(yù)應(yīng)力砌體柱的測(cè)試結(jié)果表明：混凝土小型空心砌塊最大損失為0.5 h內(nèi)損失11%。由于各國(guó)試驗(yàn)準(zhǔn)則，以及試驗(yàn)所采用的材料不用，因此不同學(xué)者所報(bào)道的預(yù)應(yīng)力損失也有一定差異。

傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)通預(yù)應(yīng)力筋被放置在墻體里面，一般在墻體砌筑完畢，待砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后就進(jìn)行張拉。然而，本文所介紹的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)，預(yù)應(yīng)力筋在張拉時(shí)所需加固的砌體結(jié)構(gòu)已經(jīng)在使用荷載作用下服役了多年，且預(yù)應(yīng)力筋被放置在外，雖然在外部會(huì)做一些必要的保護(hù)措施，但保護(hù)效果未知。此外，預(yù)應(yīng)力筋在分級(jí)鍵設(shè)置處采用套筒連接，分級(jí)鍵的剛度以及套筒都會(huì)對(duì)預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生影響。在上述人們對(duì)預(yù)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合本文所提出的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的特點(diǎn)，以下預(yù)應(yīng)力損失將被考慮[1]：(1)由砌體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期蠕變效應(yīng)造成的預(yù)應(yīng)力損失，暫取為20%；(2)由預(yù)應(yīng)力筋松弛所導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失(考慮到預(yù)應(yīng)力筋在樓層中及分級(jí)鍵處采用套筒進(jìn)行連接)，暫取為15%。(3)由其它原因(包括張拉過(guò)程中的預(yù)應(yīng)力損失、錨具損失、砌體溫濕度改變等等)所造成的預(yù)應(yīng)力損失，暫取為15%。當(dāng)然，以上預(yù)應(yīng)力損失僅為暫定值。在后續(xù)進(jìn)一步的深入研究中，期望通過(guò)工程實(shí)測(cè)或是試驗(yàn)研究獲取更為準(zhǔn)確的預(yù)應(yīng)力損失值。

2.2計(jì)算方法

我國(guó)及其它許多國(guó)家的砌體結(jié)構(gòu)規(guī)范都采用了庫(kù)倫破壞理論(式(1))的形式來(lái)確定砌體在剪-壓復(fù)合作用下的抗剪強(qiáng)度，只是所采用的強(qiáng)度f(wàn)V0和摩擦系數(shù)μ不同，式(1)與國(guó)內(nèi)大量試驗(yàn)結(jié)果符合程度較好[1]。

(1)

在砌體結(jié)構(gòu)抗剪設(shè)計(jì)中，采用主拉應(yīng)力強(qiáng)度破壞理論或庫(kù)侖破壞理論均可，兩者計(jì)算結(jié)果相差不大，不過(guò)由于庫(kù)侖理論只需引入一個(gè)參數(shù)μ，使得該方法更為簡(jiǎn)單，應(yīng)用更為方便。故本文的砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固計(jì)算公式也近似按經(jīng)典的庫(kù)侖強(qiáng)度理論(剪-摩型抗剪強(qiáng)度)的形式給出。但需要說(shuō)明的是，根據(jù)本文給出的庫(kù)侖強(qiáng)度理論形式的公式進(jìn)行加固設(shè)計(jì)計(jì)算，并不意味著加固后的砌體墻體就對(duì)應(yīng)剪-摩破壞形態(tài)。砌體的摩擦系數(shù)取0.6[1]，考慮預(yù)應(yīng)力的松弛，乘以折減系數(shù)0.8×0.85×0.85=0.57，即各層墻體在地震作用下需施加的預(yù)應(yīng)力可近似由下式確定

(2)

式中，Δσi為各層墻體需施加的預(yù)壓力；τi為地震作用下各層墻體的剪應(yīng)力計(jì)算值；fVEi為考慮自重作用下的各層墻體抗震抗剪強(qiáng)度。具體計(jì)算步驟如下：

(1)計(jì)算在豎向設(shè)計(jì)荷載作用下每層墻體墻根處的壓應(yīng)力值σ0i；

(2)采用底部剪力法計(jì)算每層墻體墻根處的地震剪應(yīng)力τi；

(3)考慮結(jié)構(gòu)自重，按照抗震規(guī)范計(jì)算每層墻體的在地震作用下的抗剪強(qiáng)度f(wàn)VEi=ξNifV0；

(4)根據(jù)公式(2)，求出每層墻體需增加的壓應(yīng)力Δσi，再根據(jù)Δσi的大小來(lái)確定各處墻體預(yù)應(yīng)力筋的布置、數(shù)量、直徑以及需施加的預(yù)拉力大小。

2.3底層墻體壓力限制確定

假設(shè)在自重作用(D+L)下，底層墻體墻根處的壓應(yīng)力為σGK，給墻體施加的體外預(yù)應(yīng)力為Δσ。底層墻體墻根處的總壓應(yīng)力不能超過(guò)砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f，則在極限狀態(tài)時(shí)有

Δσ+σGK=f

(3)

即預(yù)應(yīng)力最大時(shí)，底層墻體在預(yù)應(yīng)力和自重作用下剛好等于砌體設(shè)計(jì)強(qiáng)度f(wàn)。張拉過(guò)后，預(yù)應(yīng)力筋松弛，預(yù)應(yīng)力發(fā)生損失。于是式(3)變?yōu)?/p>

Δσ×k+σGK

(4)

即預(yù)應(yīng)力損失后底層墻根處的總壓力小于砌體強(qiáng)度設(shè)計(jì)f，其中k(0

Δσ+σGK≤1.2f

(5)

3　體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固砌體結(jié)構(gòu)施工方法

3.1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[6]。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)唷Ｒ虼搜胤课莞叨确较?，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，可采用圖1(c)所示的連接方式，在上、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。

3.2預(yù)應(yīng)力筋的錨固

一般預(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，如圖2所示。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，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(圖3)。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(圖4)。

圖2　預(yù)應(yīng)力筋上部錨固

圖3　預(yù)應(yīng)力筋下部錨固(磚基礎(chǔ))

3.3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，它們的區(qū)別在于施力系統(tǒng)的不同。

(1)液壓張拉法[9](圖5，用于預(yù)拉力值較大的情況)。 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[6,10](用于預(yù)拉力值較小的情況)。 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。

圖4　預(yù)應(yīng)力筋下部錨固(混凝土基礎(chǔ)，高預(yù)應(yīng)力度)

圖5　液壓張拉器示意圖

3.4預(yù)應(yīng)力筋的防護(hù)

由于體外預(yù)應(yīng)力筋全部暴露在外，因此預(yù)應(yīng)力筋的防火與防腐蝕是本體系長(zhǎng)期性能的主要考慮因素。預(yù)應(yīng)力筋防火可以采用以下3種方法：

(1)待張拉完畢后，在預(yù)應(yīng)力筋的表面噴涂防火涂料，形成防火保護(hù)層。建議采用膨脹型防火涂料，其厚度一般為2～7 mm，耐火極限可達(dá)0.5～1.5 h，厚度較薄，對(duì)房屋立面外觀影響較小。

(2)可采用耐火輕質(zhì)板材，如石膏板、硅酸鈣板、或纖維增強(qiáng)水泥板將預(yù)應(yīng)力筋包裹起來(lái)，形成外包層，防止火焰直接與預(yù)應(yīng)力筋接觸，這種方法占地空間小，綜合造價(jià)低。

(3)如圖1(b)所示，可在預(yù)應(yīng)力筋處刷一層30～50 mm水泥砂漿(或澆一層細(xì)石混凝土)，形成一根構(gòu)造柱，將預(yù)應(yīng)力筋完全封閉在內(nèi)，不僅可以起到防火的作用，還可增加墻體的平面外穩(wěn)定性。但這種方法會(huì)對(duì)房屋外觀造成一定的影響。

預(yù)應(yīng)力筋防腐蝕可采用以下幾種措施：

(1)在預(yù)應(yīng)力筋表面刷涂或噴涂非金屬保護(hù)層，即用涂料將預(yù)應(yīng)力筋表面與周圍介質(zhì)隔絕，防止有害介質(zhì)對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的侵蝕。這種方法效果較好，涂料品種較多，且價(jià)格低廉，實(shí)用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。但非金屬涂料耐久性較差，經(jīng)過(guò)一定時(shí)期需進(jìn)行維修。

(2)可以在預(yù)應(yīng)力筋表面噴鍍金屬保護(hù)層，通過(guò)電鍍、噴鍍、化學(xué)鍍、熱度、滲鍍等方法，在預(yù)應(yīng)力筋表面形成金屬保護(hù)膜，隔離預(yù)應(yīng)力筋與腐蝕介質(zhì)的接觸。采取防護(hù)層保護(hù)的方法，要求對(duì)鋼材表面進(jìn)行嚴(yán)格的防銹處理后，才能進(jìn)行涂裝。

(3)當(dāng)?shù)叵滤惠^高時(shí)預(yù)應(yīng)力筋伸入地下與基礎(chǔ)錨入的部分，或者對(duì)于特別重要的部位，預(yù)應(yīng)力筋可選用不銹鋼，或者對(duì)預(yù)應(yīng)力筋采取陰極保護(hù)。

4　適用范圍

體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)尤其適用于抗壓余量較大(一般砌體結(jié)構(gòu)每增加一層，底層墻體的壓應(yīng)力增量約為0.1 MPa)、墻體開洞面積較小、開間尺寸適中(教學(xué)樓、辦公樓、工業(yè)廠房等)的砌體結(jié)構(gòu)。與預(yù)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)類似，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)按照所施加預(yù)應(yīng)力值的大小，也可分為低預(yù)應(yīng)力度和高預(yù)應(yīng)力度兩類。低預(yù)應(yīng)力度所需的預(yù)應(yīng)力較小，不需要大型張拉設(shè)備，預(yù)應(yīng)力筋的張拉由扭矩扳手施工即可，可適用于以下幾種情況：

(1)用于加固獨(dú)立式(懸臂)墻承受側(cè)向風(fēng)荷載及集度較大的壓力的情況。

(2)對(duì)于一般高度和高度較高的單層砌體房屋(其中墻體是獨(dú)立的或是帶支撐的懸臂式)承受風(fēng)壓力時(shí)，施加預(yù)應(yīng)力可使墻體從一個(gè)只是消極承受荷載的維護(hù)墻變?yōu)橹鲃?dòng)的受力結(jié)構(gòu)。

(3)用于提高墻體的抗沖擊或抗暴能力。

高預(yù)應(yīng)力度就是需要施加較大預(yù)應(yīng)力的情況，往往需要千斤頂或液壓張拉器等大型張拉設(shè)備，施工較低預(yù)應(yīng)力度時(shí)繁瑣。高預(yù)應(yīng)力度可用于多層砌體房屋的加固，當(dāng)房屋設(shè)置有圈梁時(shí)，可設(shè)置分級(jí)鍵根據(jù)各層墻體的實(shí)際受壓情況分級(jí)施加預(yù)應(yīng)力。此外，高預(yù)應(yīng)力度還可用于蓄水池、涵洞、擋土墻等結(jié)構(gòu)的加固。

5　結(jié)語(yǔ)

砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)是一種十分有效的抗震加固技術(shù)，具有廣泛的適用范圍，尤其適用于抗壓余量較大、墻體開洞面積較小、開間尺寸適中(教學(xué)樓、辦公樓、工業(yè)廠房等)的砌體結(jié)構(gòu)。課題組前期已進(jìn)行了專項(xiàng)振動(dòng)臺(tái)縮尺對(duì)比試驗(yàn)，作為該課題的后續(xù)研究成果，本文系統(tǒng)地報(bào)道了砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、預(yù)應(yīng)力損失取值，預(yù)應(yīng)力筋的錨固、張拉、防護(hù)等施工方法，以便工程技術(shù)人員及科研人員參考借鑒。

[1]Ma R L, Jiang L, He M J, et al. Experimental investigations on masonry structures using external prestressing techniques for improving seismic performance[J]. Engineering Structures, Elsevier， 2012, 42C:297-307.

[2]馬人樂(lè)，蔣璐，梁峰，等．體外預(yù)應(yīng)力加固砌體結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J]．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2011，32(5):92-99.

[3]蔣璐，李旭，馬人樂(lè)．某四層砌體結(jié)構(gòu)預(yù)制板教學(xué)樓振動(dòng)臺(tái)縮尺模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]．石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，24(2):15-19.

[4]李旭，李碩，劉丹．砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力抗震加固計(jì)算方法研究[J]．石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，25(1):39-45.

[5]林瑋，李巨文．多層砌體房屋抗震加固方法述評(píng)[J]．地震工程與工程振動(dòng)，2006，26(6):144-146.

[6]Curtin W G, Shaw G, Beck J K,et al. Design of prestressed brickwork [M]. [S.l.]:Brick Development Association, 1986.

[7]王艷晗，艾軍，呂志濤．預(yù)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工建議及應(yīng)用分析[J]．工業(yè)建筑，2003，33(7): 33-36.

[8]王艷晗，張偉濤，范進(jìn)，等．后張預(yù)應(yīng)力砌體柱受壓承載力的試驗(yàn)研究[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2003，33(12): 50-54.

[9]吳邑濤．高強(qiáng)螺栓施工方法研究[D]．上海：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，2010.

[10]王辰宇．預(yù)應(yīng)力混凝土小型空心砌塊砌體抗震性能試驗(yàn)研究[D]．南京：南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，2005.

Design and Construction Method for Masonry Structures Using External Prestressing Techniques for Improving Seismic Performance

Jiang Lu1,2,3

(1.Shanghai Research Institute of Building Sciences (Group) Co.,Ltd., Shanghai 200032, China;2.Shanghai Jianke Engineering Reconstruction Technology Co.,Ltd, Shanghai 200032, China;3.Shanghai Key Laboratory of Engineering Structure Safety, SRIBS, Shanghai 200032, China)

External prestressing is a comparatively economical and very effective strengthening technique for unreinforced masonry structures, and it has extensive application. According to the experimental results of the shaking table model tests completed by our research group before, and based on a large number of studies conducted in the past by various researchers, this paper reports the design and calculation method, the possible prestressing losses considered, and the construction method for masonry structures using external prestressing technique for improving seismic performance. As the follow-up research work of this subject, this paper can be used as a reference for engineers in the future similar experimental studies.

masonry structure；seismic strengthening；external prestressing；post-tensioned masonry

2015-01-04責(zé)任編輯:劉憲福DOI:10.13319/j.cnki.sjztddxxbzrb.2016.03.02

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃(2012BTJ07B04)

蔣璐(1986-),男,博士，工程師，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震。E-mail:jlhb2008@126.com

TU362

A

2095-0373(2016)03-0007-06

蔣璐.砌體結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)設(shè)計(jì)方法及施工實(shí)現(xiàn)[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016,29(3):7-12.