預應力鋼帶加固技術研究現狀

王婷，張磊，崔鵬艷

（陜西鐵路工程職業技術學院，陜西 渭南 714000）

1 引言

建筑結構加固是通過一定的方法或手段對原結構特殊部位予以加固補強，使其能夠滿足新的使用要求。建筑結構加固的原因有以下三點：①原有結構由于設計、施工等建造質量問題或者使用維修不當等原因，結構存在安全隱患；②由于某些原因需要改變建筑結構的用途，而原結構無法滿足要求；③地震后國家發布了新的抗震規范，提高了抗震設防等級，原有建筑無法達到現行抗震規范要求。

建筑結構加固的方法有很多，比如增大截面加固法、增補鋼筋加固法、外包鋼加固法、纖維增強復合材料加固法、阻尼填充墻加固法、改變受力體系加固法、防屈曲耗能支撐加固法等，加固前需分析結構的具體需求，選用合適的加固方法和合理的加固方案。本文主要介紹預應力鋼帶加固技術及其研究現狀。

2 預應力鋼帶加固技術

西安建筑科技大學楊勇教授從快遞包裹外包裝上纏繞的膠帶獲得靈感，設想出采用鋼帶繞梁、柱及框架節點纏繞一圈對結構或構件進行加固，即預應力鋼帶加固技術。預應力鋼帶加固技術是采用氣動打包機，將高強度鋼帶安裝固定于鋼筋混凝土梁、柱及節點四周，對梁、柱以及節點的混凝土形成橫向約束，很大程度上提高了構件的變形能力。預應力鋼帶安裝時，可通過控制空壓機壓強的大小調節預應力程度，鋼帶兩端通過專門的閉式鎖扣相連接，解決了錨固問題，其預應力損失較小。相對于其他的加固方法，預應力鋼帶加固技術施工操作方便、加固效果良好、成本相對低廉、耐久性好，因此其推廣應用價值較高。

2012年以來，楊勇老師課題組連續數年研究鋼帶加固技術對建筑結構或構件的承載力、剛度、變形、抗震性能等方面的提升效果，完成了一系列關于鋼帶加固梁、柱、節點、框架的試驗研究。

3 研究現狀

郭梁[1]的《預應力鋼帶加固混凝土梁抗剪性能試驗研究與數值模擬》中，采用預應力鋼帶對6個鋼筋混凝土梁進行了抗剪加固，完成了6個加固試件和1個普通簡支梁的對比試驗，研究分析在不同的鋼帶間距、不同的鋼帶層數以及不同的倒角情況下，加固梁的破壞形態、受剪承載能力、鋼帶應變等問題。結果表明，采用預應力鋼帶加固后的鋼筋混凝土梁，其斜截面承載能力和變形能力得到大幅提升，且鋼帶間距對其影響最顯著。針對不同的剪跨比及預應力，利用ANSYS軟件對指定鋼帶間距下的6根混凝土梁進行了抗剪性能的有限元模擬，開展了加固試件受剪承載力等研究。依據試驗過程和鋼帶應變數據，分析鋼筋混凝土梁在預應力鋼帶抗剪加固條件下的受力機理，提出利用桁架模型對加固試件進行承載力分析。在其基礎上，結合測量數值與模擬結果，推導了鋼筋混凝土梁在采用預應力鋼帶抗剪加固后，其受剪承載力的極限承載力計算公式。

趙飛[2]的《預應力鋼帶加固高軸壓比鋼筋混凝土柱抗震性能研究》中，設計并制作了4個鋼筋混凝土柱，其中1個是對比試件RC（試驗軸壓比為0.52），另外3個是加固試件JRC1、JRC2和JRC3，加固試件設計采用不同的試驗軸壓比和鋼帶間距。試件JRC1試驗軸壓比為0.52，鋼帶間距為100mm，試件JRC2試驗軸壓比為0.62，鋼帶間距為100mm，試件JRC3試驗軸壓比為0.52，鋼帶間距為50mm。通過4個試件的低周反復荷載試驗，分析裂縫開展過程、滯回曲線、剛度曲線、延性性能、耗能性能、極限承載力等指標，得出以下結論：①預應力鋼帶可以減緩試件的剛度退化和強度退化，提高試件的變形能力和耗能性能；②在鋼帶間距相同的情況下，試件的位移延性系數隨軸壓比增大而降低；③在加載后期，預應力鋼帶發揮其約束作用，減緩了試件的剛度退化，且鋼帶間距越小，對剛度退化的減緩作用越明顯；④在加載后期，對比試件RC的強度退化最嚴重，其次是加固試件JRC2；⑤試件 JRC1和 JRC3，且試件JRC1和JRC3的退化趨勢接近且較平穩。這說明軸壓比對試件強度退化有較大影響，鋼帶加固可以減緩試件的強度退化，試件JRC1和JRC3在相同的軸壓比下，鋼帶間距對強度退化的影響很小。

王漢迎[3]的《預應力鋼帶加固火災后鋼筋混凝土T形梁抗剪性能研究》中，設計并制作了12根鋼筋混凝土梁，編號T0～T11，其中T0是常溫對比試件，T1、T4、T10是受火后未加固的對比試件，其余8根為受火后預應力鋼帶加固試件，設計參數為受火時間、鋼帶間距和鋼帶層數。對12根梁進行擬靜力加載，詳細量測各級加載下的抗剪承載力、梁端位移、加載點位移、跨中位移及試件開裂荷載、裂縫發展情況等。通過分析得到以下結論：①受火后未加固梁，隨受火時間的增長破壞程度越嚴重，抗剪承載力和剛度降幅越大；②預應力鋼帶加固梁的開裂荷載有所提高，由于鋼帶抑制了裂縫貫通，使梁延性提高；③受火后預應力鋼帶加固試件，在同等加固條件下，抗剪承載力的增幅隨受火時間的增長而減小；④受火后預應力鋼帶加固試件，在一定范圍內，隨鋼帶層數的增多，極限承載力顯著增長，且加載后期剛度增長明顯；⑤受火后加固試件的極限承載力在一定范圍內隨鋼帶間距的減小而提高，當鋼帶間距為150mm，鋼帶層數為3層時，抗剪承載力增幅最大，超過此范圍，鋼帶間距越密，導致約束力過強則會限制極限承載力的提高。

陳偉[4]的《預應力鋼帶加固震損鋼筋混凝土框架抗震性能試驗研究》中，按照1：2的縮尺比例設計并制作了一榀鋼筋混凝土框架，采用低周反復荷載將其加載至“震損”狀態，對損傷部位的混凝土進行修復后，采用預應力鋼帶加固震損框架的梁、柱及節點部位，對加固后的框架再次進行擬靜力試驗，分析對比原框架和震后加固框架的破壞形態、滯回曲線、骨架曲線、剛度退化曲線、耗能性能等指標。結果表明，采用預應力鋼帶加固震損框架，能夠減緩震損框架的剛度退化，增強其變形能力，并且大幅度提高其抗震性能，因此鋼帶加固技術適用于震后快速搶修建筑結構。文章最后提出一套采用預應力鋼帶加固震后受損框架的抗震設計方法。

張波、楊勇等人[5]的《預應力鋼帶加固鋼筋混凝土柱軸壓性能試驗研究》中，采用預應力鋼帶加固技術對16個鋼筋混凝土柱加固后，對這16個試件和另外2個未加固的對比試件開展了軸壓性能試驗，其中加固試件采用了不同的鋼帶間距或不同的鋼帶層數。試驗結果表明，采用預應力鋼帶加固的混凝土柱，其軸壓性能及變形能力得到一定程度的提升，且在鋼帶間距相同的條件下，加固試件的承載力和變形能力，隨鋼帶層數的增加而大幅提升，在鋼帶層數相同的條件下，加固試件的承載力和變形能力隨鋼帶間距的減小而大幅提升。

楊勇、李輝等人[6]的《預應力鋼帶加固鋼筋混凝土框架抗震性能試驗研究》中，設計并制作了一榀1/2比例的單跨三層鋼筋混凝土框架，采用預應力鋼帶加固技術對其各層梁端、柱端以及節點核心區加固后，進行擬靜力試驗。結合加載過程中的裂縫開展以及試驗數據，對預應力鋼帶加固的鋼筋混凝土框架試件的破壞形態、滯回曲線、骨架曲線、層間位移角、耗能性能和剛度退化等抗震性能等指標進行研究分析，結果表明，試件最大層間彈塑性位移角達到1/28.8，預應力鋼帶加固后的鋼筋混凝土框架結構具有良好的延性和耗能性能。

在王念念[7]的《預應力鋼帶—粘鋼組合加固鋼筋混凝土框架節點抗震性能試驗研究》中，設計并制作了9個鋼筋混凝土框架中節點，其中2個是對比試件，1個采用粘鋼加固，3個采用預應力鋼帶加固，另外3個采用粘鋼—預應力鋼帶混合加固，設計中考慮了軸壓比和鋼帶加固量兩個因素。分別對9個試件進行擬靜力加載，整個加載過程采用位移控制，當承載力下降到峰值荷載的85%時終止試驗。通過觀察試驗現象并分析試驗數據，得到以下結論：①所有試件破環形式均為節點核心區剪切破壞；②粘鋼和預應力鋼帶加固試件均可提高試件的抗剪承載能力；③粘鋼加固試件，在加載前期剛度提高較大，但到加載中后期，由于粘鋼脫落等原因致使承載能力退化嚴重，較之對比試件，粘鋼加固對試件的耗能性能提高程度很低；④預應力鋼帶加固試件，在加載后期承載力提高顯著，且剛度退化減緩，較之對比試件，預應力鋼帶加固試件的耗能性能提高程度很大。

從上述鋼帶加固梁、柱和框架節點的試驗研究中可以分析歸納得到以下結論：①對于加固前未受損的梁、柱及框架節點，鋼帶加固技術可以提高其開裂荷載、承載力、變形能力及延性；②對于加固前已經受損（受火或震后）的梁、柱及框架節點，鋼帶加固技術可以減緩其裂縫的發展，減小剛度退化和強度退化速度，提高變形能力和耗能性能。

4 結語

文章介紹了一系列預應力鋼帶加固鋼筋混凝土梁、柱、節點以及框架的抗震性能試驗研究，試驗結果充分體現了預應力鋼帶良好的加固效果，相較于傳統加固方法被動受力的特點，預應力鋼帶為結構或構件提供了主動環向預應力，抑制了裂縫的開展，改善了混凝土的受力性能，提高了結構或構件的抗震性能。無論是原結構加固，還是震后加固，或是火災后加固，預應力鋼帶均能充分發揮其作用，提高結構性能，應用前景十分廣闊。