1、体外预应力加固混凝土梁计算方法探讨摘要：为研究体外预应力加固混凝土梁的直接设计方法，本文结合工程设计实例，应用新设计方法对实际工程进行体外预应力加固设计及分析。研究结果表明，新设计方法在确定的增加荷载后，能够直接计算出体外预应力钢筋配筋量。将计算结果与原方法结果比较，并通过受力平衡分析。分析结果对工程设计有一定借鉴意义。 关键词：体外预应力；承载力增量；加固设计 Abstract: Direct reinforcement design method of concrete beams externally prestressed for research, this paper combin
2、ed with the example of engineering design, the application of new design method to design and analysis of external prestressed reinforcement for practical engineering. The results show that, the new design method in increasing load determined, can be directly calculated in vitro pre-stressed reinfor
3、cement amount. The calculated results were compared with the original method, and the balance force analysis. The results have certain reference significance for engineering design. Key words: prestressed; carrying capacity increment; strengthening design 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 体外预应力技术作为后张预应力
4、体系的重要分支之一，近年来成为预应力技术的热点。体外预应力是指预应力筋布置在混凝土梁体以外的预应力。目前，我国体外预应力加固技术规程颁布不久，体外预应力加固设计计算时依然采用极限状态下允许截面法。本文根据参考文献1，考虑了体外预应力引起的承载力增量，为工程设计提供了一种更加直接的设计思路和方法，应用新方法对工程设计实例进行计算，同时将结果与原方法计算结果进行比较，为工程设计提供参考。 2 设计计算 2.1 设计计算步骤 体外预应力加固计算步骤： (1) 根据加固需要计算荷载增加量，得出所需由体外预应力提供的承载力增量。 (2) 根据承载力增量的形式，确定加固形式，从而确定承载力增量计算方程。
5、(3) 根据未加固梁等效矩形应力截面的高度，计算截面有效高度的比值 K。 (4) 确定张拉控制应力，并计算预应力钢筋的有效应力。 (5) 以预应力钢筋的有效应力为依据，计算预应力钢筋在屈服极限状态下的应力。 (6) 根据承载力增量计算方程，估算出加固预应力钢筋的截面面积。2.2 工程设计实例 已知某主梁，其计算跨度为 9m，梁高 800mm，宽 350mm，翼缘宽800m，厚 130m。原最大弯矩为。因改换设备，梁跨中 1/3 处各增加集中荷载 160kN，故对此梁进行加固设计。 （1）原梁设计条件 受拉主要钢筋， ，混凝土为 C30， ， 。体外预应力筋采用双层无粘结环氧喷涂低松弛钢绞线，
6、， ， ， ，其在跨中截面处的位置距离梁底 100mm， 。非预应力钢筋的有效高度；预应力钢筋的有效高度。 （2）加固形式及公式选用 根据加载形式，采用体外预应力双折线布筋，体外筋转折处的夹角为 21o。如图 1 所示。在节点设计时，采用下撑式转向设计。考虑到占用空间问题，将拉端设置在转向块的位置，使张拉端和转向块合二为一，转向块固定在梁跨中的 1/3 处。将张拉位置移至转向块处，也就是原梁下方，从而节省空间，方便进行张拉操作2。施工完毕后用细石混凝土将预应力筋封闭。 图 1 体外预应力加固示意图 选用计算承载力增量的精确方程1： (1) 跨中预应力钢筋的偏心矩；破坏前的混凝土受压区边缘到梁中
7、和轴的距离； 未加固梁等效矩形应力截面的高度； 加载点到最近支撑的距离；截面有效高度的比值；极限状态下预应力钢筋的拉力， ； 体外预应力钢筋的配筋面积；预应力钢筋在屈服极限状态下的应力。 （3）截面有效高度的比值 K 的计算1 (2) (3) （4）计算预应力钢筋的有效应力 锚固和摩擦等预应力损失预估在 25%左右,取 （5）计算预应力钢筋在屈服极限状态下的有效应力，采用如下公式45： （其中：） 加固梁跨中截面的中和轴位置， ； (4) （6）估算预应力筋的截面面积 加固梁重心 e 的计算 ,(5) .(6) 所以，将(2)(6)代入(1)式得， 主梁采用 4 索钢绞线， ，基本满足要求。
8、2.2 对比方法计算 使用允许截面法6进行对比计算： （1）判断“T”形梁类别： 故按第一类 T 型截面梁计算； （2）受压区高度 （3）受压区形心至上边缘的距离为 （4）根据规范（JGJ/T922004）取值为 （5） 2.3 计算结果分析 通过上述计算可得：原梁在增加竖向集中荷载后，通过面积为，4 索体外预应力钢绞线加固后，能够提高相应的承载力增量与之平衡。在采用允许截面方法进行对比计算分析中，新方法的配筋量是原方法的82.4。另外，根据文献2中的受力分析方法，体外预应力筋的有效预拉力，考虑到预应力钢筋转折处的夹角为 210，其竖向分力=167 kN，水平分力=434.7 kN。在竖直方向
9、上的提供了与增加荷载方向相反的竖向分力。 3 结论 本文将增量设计方法计算结果与允许截面设计方法计算结果进行对比研究。通过对比表明，新方法的在相同设计条件下，配筋量差值占原允许截面设计方法计算配筋量的 17.6。但考虑到，两种方法选用规范不同，和建立计算公式的平衡方程也不同等因素，是影响最终计算结果差值的重要因素。 在计算结果的基础上，通过预应力钢筋的实际配筋进行受力平衡分析。通过体外预应力筋等效荷载引起的竖向力能够较好地平衡施加在原梁上的集中荷载增量。增量设计方法能够在确定增加荷载后，直接的计算体外预应力钢筋的截面面积。是对原有方法的起到补充作用，并能够对设计进行校核。为实际工程设计提供一定
10、参考借鉴作用。 参考文献 1 Kiang Hwee Tan, DeCheng Kong. A direct design approach for strengthening simple-span beams with external post-tensioning J. Precast/Prestressed Concrete Institute (Special issue of technological innovation). 2009,54(4):48-71. 2 邓宁,钟翔,金凌志 等.体外预应力加固技术在南宁某办公楼改造中的应用 J.建筑技术,2010,41(3)：270-
11、272. 3 熊学玉.体外预应力结构设计 M.北京:中国建筑工业出版社,2005.3：14-15. 4 Roberts-wollmann,C.L.,M.E.Kreger,D.M.Rogovsky, and J.E.Breen.2005.Stress in External Tendons at Ultimate.ACI Structural Journal,V.102,No.2(March-April):pp.206-213. 5 Roberts-wollmann,C.L.,M.E.Kreger,D.M.Rogovsky, J.E.Breen,J.S.Du,W.L.Lu,and W.Y.Ji.Discussion.2006. ACI Structural Journal,V.103,No.1(January-February):pp.149-154. 6 宋玉普。新型预应力混凝土结构 M.北京：机械工业出版社，2006.1：427-430.
