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摘 要：社会发展的越来越快，好多教学楼都开始变得老旧不堪。有一些严重的甚至会发生就坍塌，所以对旧教学楼进行抗震加固改造就是一项势必例行的工程，本文所用的应用实例是校安工程。
关键词：钢绞绳；旧教学楼；抗震加固；改造应用；施工工艺；
中图分类号： F416.31
0.引言
对于既有建筑物，由于使用功能改变或重新装饰、装修及节能改造对原有建筑结构提出新的功能要求，须采取加固措施进行补强处理。运用钢绞绳加固旧教学楼的方法在国内外都是一种很好的方法。钢绞线就是用配制好的钢丝在机器上，按规定一次多根捻制成的绞线，它的抗震加固效果很好。本文通过校安工程的实例，结合理论分析，论证钢绞绳在旧教学楼中抗震加固改造中的应用原理和实践方法，并检验其效果，从而得到加固梁极限受弯承载力的计算公式。
1.工程实例
某工程教学楼是一栋4层的砖混结构房屋，每一层的层高都是3.6米，教学楼的总高度是14.4米，面积接近于3600m2。该教学楼运用的是01系统规范，抗震设防烈度是7度，基本加速度是0.15g，设计的地震分组是第一组。柱、梁、板混凝土强度等级都是C20，墙体用的是机制MU10粘土砖，1、2层用的是M10混合砂浆，3、4层用的是M5.0混合砂浆。根据相关部门的检测结果，该教学楼拥有几处质量问题，需要进行抗震加固改造。
2.校安工程加固设计与施工工艺
2.1加固设计
钢绞线加固校安工程教学楼的承载力计算，与钢筋混凝土增大截面法加固有些相似，只不过钢绞线代替了钢筋，聚合物砂浆代替混凝土。考虑到加固结构具有二次受力的特点，钢绞线的抗拉强度应该设计一个适当的值。[2]基于原有结构的截面尺寸、材料强度、配筋以及构件的内力，可以先计算出聚合物砂浆的厚度，从而确定钢绞线的用量。选取该教学楼的8根钢筋混凝土试验梁，并且把这8根试验梁命名为对比梁A1，加固梁H1-1，加固梁H1-2，加固梁H1-3，对比梁A1，加固梁H2-1，加固梁H2-2，加固梁H2-3。用钢绞绳加固之前的梁的每个参数都是一样的，跨度L=3200mm，截面尺寸为h×b=300mm×150mm，净跨L0=3000mm，旧教学楼的混凝土保护的厚度是25mm。钢绞线在校安工程旧教学楼加固中需要的设备主要有钢绞线、聚合物砂浆、加載反力梁、百分表、分配梁、油压数显千斤顶、混凝土纸基、胶基应变片、配套转换箱以及YJ-33应变仪等等。
2.2施工工艺
（1）施工前一定要做好准备工作，先要认真阅读施工设计图，基于教学楼的砖墙体与混凝土以及施工现场的实际情况，制定适当的施工计划于施工方案，施工需要使用的钢绞线、锚具、聚合物砂浆以及界面剂等等，一定要在施工前做好准备工作。钢绞线运用的是Φs3.6镀锌的钢绞线，它的抗拉强值设定为970N/mm2，实际测量的抗拉强度最大可以达到1432N/mm2，抗拉强度标准值是1370N/mm2，钢绞线柔韧性很好，而且还有一定的防腐功能。在对旧教学楼进行抗震加固的改造中，需要把钢绞绳适当的张拉。防腐砂浆主要是在普通的水泥砂浆中投入丙烯酸酯共聚乳液调和而成，丙烯酸酯共聚乳液的浓度是25%到30%。和一般的砂浆相比，加丙烯酸酯共聚乳液砂浆具有很多优势，例如，抗拉强度提升了1.35到1.5倍，极限拉伸率提升1到3倍，抗拉弹模显著降低，收缩也很小，抗裂的性能得到极大提高，和老砂浆、混凝土面以及钢板的粘结强度可以提升到4倍以上，2d的吸水率可以降低10倍，抗渗水性提升1.5倍，抗氯离子渗透的能力提高8倍以上。它们的使用寿命长短几乎一样，但是加丙烯酸酯共聚乳液砂浆成本低，施工方便、几乎无毒性，而且还具有密封的作用，这样就可以有效的预防老混凝土的碳化，从而达到减缓钢筋腐蚀的速度，抵御腐蚀破坏的目的。
（2）做好准备工作后，就要进行钢绞线网片现场下料，在下料的时候一定要充分考虑每个节点处的延伸长度与锚固。
构件表面的处理。混凝土结构表面有腐蚀、脱落、蜂窝以及疏松等劣化混凝土时，一定要清除，让混凝土结构层露出来，如果有很大缺陷的地方，一定要用修复材料进行平整修复。
用清水把需要加固构件喷洒湿润，把锚固螺栓打到加固构件的一侧，用拉环把网片的一边固定，在钢绞线端部安装拉环，安装好后一定要仔细检查，发现有脱离或者松动的情况，一定要及时更换。
把钢绞线网片拉到预紧状态，也就是钢绞线绷紧的时候，安装固定另外一侧的锚固螺栓，加固砖混墙体的时候，锚固螺栓应该要布置在砖砌体上。在加固构件的表面，根据设计的要求，采用梅花形来布置锚固螺栓，并且采用钢丝卡具对网片进行固定。
运用相同的方法来安装其他方向的网片。根据产品说明书的配制比，配制界面剂，均匀的喷洒或者涂抹在钢绞线网片以及加固构件的表面。安装网片的时候，一定要保证加固构件表面和网片之间有4—5mm的间距，可以根据实际情况来放置垫块。根据产品说明书，配制聚合物砂浆，分层涂抹在已经挂了钢绞线网片的构件表面，涂抹到设计的厚度，在用水喷洒在砂浆层，保持砂浆层的湿润状态达三天以上。
3.工程验收
钢绞线网片安装好后，先进行自检，自检合格之后，向相关检查部门申报验收，根据检查要求与设计图纸邀请检查部门验收，验收确认之后再进行之后的施工，同时还要根据监理单位的要求，进行制作试块、取样、养护以及送检。
加固材料的验收，钢绞线网片、水泥、界面剂、聚合物砂浆、水等原材料合格证以及完整的报告资料。校安工程的验收，抗震加固改造的每一个步骤的质量都要满足设计的要求，并且要有完整的施工技术资料。用钢绞线加固旧教学楼，可以提升教学楼的开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载。
4.极限受弯承载力公式
如果钢绞线达到设计的强度，那么一般的钢筋早就屈服了，拉区的混凝土也大部分都不工作了，压区的混凝土达到极限压应变。[3]我们假设在平截面之下，那么Mu=fyAs（h0-x/2）+ηfwyAw（h0+Δ-x/2）。其中，fy代表的是钢筋抗拉强度的设计值，As代表的是受拉钢筋的截面面积，Aw代表的是受拉钢绞线的截面面积，Δ代表的是钢绞线的中心离钢筋中心的距离，Δ=1.5Φs+as，Φs代表的是钢绞线的直径，η代表的是钢绞线和原梁的工作系数，一般在0.8到1.0之间。根据这个公式，我们可以计算出H1-1，H1-2，H1-3的极限弯矩是34.7kN.m，实际测量的分别是35.4，33.6，35.4kN.m。
5.结束语
通过校安工程的实例证明，采用钢绞线加固旧教学楼，加固后梁的极限抗弯承载能力可以提升一倍或者几倍，还可以显著的提升梁刚度。假如加固梁被破坏，钢绞线也可以屈服，钢绞线的高强性能还是可以得到充分发挥。把钢绞线运用到旧教学楼的抗震加固改造中具有良好的效果，它耐高温，耐久，耐腐蚀性好，可以显著提升刚度，而且对原有结构的自重与外观影响很小。另外它施工比较方便，工效高，价格相对比较便宜，具有很好的经济性。
参考文献：
[1]史国忠.浅谈建筑结构加固改造技术[J].山西建筑.2010（05）
[2]刘卫东，赵治广，杨文东.丙乳砂浆的水工特性试验研究与工程应用[J].水利学报.2011（08）
[3]聂建国，王寒冰，张天申等.不锈钢绞线网-渗透性聚合砂浆抗弯加固的试验研究[J].建筑结构学报.2012（10）
[4]赵赤云，陈亚静，黄世敏，姚秋来.钢绞线—聚合物砂浆加固钢筋混凝土梁抗剪承载力试验研究及数值模拟分析[J].四川建筑科学研究.2010（01）
[5]王用锁.钢丝绳绕丝约束混凝土轴心受压短柱试验研究[D].哈尔滨工业大学.2011.
关键词：钢绞绳；旧教学楼；抗震加固；改造应用；施工工艺；
中图分类号： F416.31
0.引言
对于既有建筑物，由于使用功能改变或重新装饰、装修及节能改造对原有建筑结构提出新的功能要求，须采取加固措施进行补强处理。运用钢绞绳加固旧教学楼的方法在国内外都是一种很好的方法。钢绞线就是用配制好的钢丝在机器上，按规定一次多根捻制成的绞线，它的抗震加固效果很好。本文通过校安工程的实例，结合理论分析，论证钢绞绳在旧教学楼中抗震加固改造中的应用原理和实践方法，并检验其效果，从而得到加固梁极限受弯承载力的计算公式。
1.工程实例
某工程教学楼是一栋4层的砖混结构房屋，每一层的层高都是3.6米，教学楼的总高度是14.4米，面积接近于3600m2。该教学楼运用的是01系统规范，抗震设防烈度是7度，基本加速度是0.15g，设计的地震分组是第一组。柱、梁、板混凝土强度等级都是C20，墙体用的是机制MU10粘土砖，1、2层用的是M10混合砂浆，3、4层用的是M5.0混合砂浆。根据相关部门的检测结果，该教学楼拥有几处质量问题，需要进行抗震加固改造。
2.校安工程加固设计与施工工艺
2.1加固设计
钢绞线加固校安工程教学楼的承载力计算，与钢筋混凝土增大截面法加固有些相似，只不过钢绞线代替了钢筋，聚合物砂浆代替混凝土。考虑到加固结构具有二次受力的特点，钢绞线的抗拉强度应该设计一个适当的值。[2]基于原有结构的截面尺寸、材料强度、配筋以及构件的内力，可以先计算出聚合物砂浆的厚度，从而确定钢绞线的用量。选取该教学楼的8根钢筋混凝土试验梁，并且把这8根试验梁命名为对比梁A1，加固梁H1-1，加固梁H1-2，加固梁H1-3，对比梁A1，加固梁H2-1，加固梁H2-2，加固梁H2-3。用钢绞绳加固之前的梁的每个参数都是一样的，跨度L=3200mm，截面尺寸为h×b=300mm×150mm，净跨L0=3000mm，旧教学楼的混凝土保护的厚度是25mm。钢绞线在校安工程旧教学楼加固中需要的设备主要有钢绞线、聚合物砂浆、加載反力梁、百分表、分配梁、油压数显千斤顶、混凝土纸基、胶基应变片、配套转换箱以及YJ-33应变仪等等。
2.2施工工艺
（1）施工前一定要做好准备工作，先要认真阅读施工设计图，基于教学楼的砖墙体与混凝土以及施工现场的实际情况，制定适当的施工计划于施工方案，施工需要使用的钢绞线、锚具、聚合物砂浆以及界面剂等等，一定要在施工前做好准备工作。钢绞线运用的是Φs3.6镀锌的钢绞线，它的抗拉强值设定为970N/mm2，实际测量的抗拉强度最大可以达到1432N/mm2，抗拉强度标准值是1370N/mm2，钢绞线柔韧性很好，而且还有一定的防腐功能。在对旧教学楼进行抗震加固的改造中，需要把钢绞绳适当的张拉。防腐砂浆主要是在普通的水泥砂浆中投入丙烯酸酯共聚乳液调和而成，丙烯酸酯共聚乳液的浓度是25%到30%。和一般的砂浆相比，加丙烯酸酯共聚乳液砂浆具有很多优势，例如，抗拉强度提升了1.35到1.5倍，极限拉伸率提升1到3倍，抗拉弹模显著降低，收缩也很小，抗裂的性能得到极大提高，和老砂浆、混凝土面以及钢板的粘结强度可以提升到4倍以上，2d的吸水率可以降低10倍，抗渗水性提升1.5倍，抗氯离子渗透的能力提高8倍以上。它们的使用寿命长短几乎一样，但是加丙烯酸酯共聚乳液砂浆成本低，施工方便、几乎无毒性，而且还具有密封的作用，这样就可以有效的预防老混凝土的碳化，从而达到减缓钢筋腐蚀的速度，抵御腐蚀破坏的目的。
（2）做好准备工作后，就要进行钢绞线网片现场下料，在下料的时候一定要充分考虑每个节点处的延伸长度与锚固。
构件表面的处理。混凝土结构表面有腐蚀、脱落、蜂窝以及疏松等劣化混凝土时，一定要清除，让混凝土结构层露出来，如果有很大缺陷的地方，一定要用修复材料进行平整修复。
用清水把需要加固构件喷洒湿润，把锚固螺栓打到加固构件的一侧，用拉环把网片的一边固定，在钢绞线端部安装拉环，安装好后一定要仔细检查，发现有脱离或者松动的情况，一定要及时更换。
把钢绞线网片拉到预紧状态，也就是钢绞线绷紧的时候，安装固定另外一侧的锚固螺栓，加固砖混墙体的时候，锚固螺栓应该要布置在砖砌体上。在加固构件的表面，根据设计的要求，采用梅花形来布置锚固螺栓，并且采用钢丝卡具对网片进行固定。
运用相同的方法来安装其他方向的网片。根据产品说明书的配制比，配制界面剂，均匀的喷洒或者涂抹在钢绞线网片以及加固构件的表面。安装网片的时候，一定要保证加固构件表面和网片之间有4—5mm的间距，可以根据实际情况来放置垫块。根据产品说明书，配制聚合物砂浆，分层涂抹在已经挂了钢绞线网片的构件表面，涂抹到设计的厚度，在用水喷洒在砂浆层，保持砂浆层的湿润状态达三天以上。
3.工程验收
钢绞线网片安装好后，先进行自检，自检合格之后，向相关检查部门申报验收，根据检查要求与设计图纸邀请检查部门验收，验收确认之后再进行之后的施工，同时还要根据监理单位的要求，进行制作试块、取样、养护以及送检。
加固材料的验收，钢绞线网片、水泥、界面剂、聚合物砂浆、水等原材料合格证以及完整的报告资料。校安工程的验收，抗震加固改造的每一个步骤的质量都要满足设计的要求，并且要有完整的施工技术资料。用钢绞线加固旧教学楼，可以提升教学楼的开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载。
4.极限受弯承载力公式
如果钢绞线达到设计的强度，那么一般的钢筋早就屈服了，拉区的混凝土也大部分都不工作了，压区的混凝土达到极限压应变。[3]我们假设在平截面之下，那么Mu=fyAs（h0-x/2）+ηfwyAw（h0+Δ-x/2）。其中，fy代表的是钢筋抗拉强度的设计值，As代表的是受拉钢筋的截面面积，Aw代表的是受拉钢绞线的截面面积，Δ代表的是钢绞线的中心离钢筋中心的距离，Δ=1.5Φs+as，Φs代表的是钢绞线的直径，η代表的是钢绞线和原梁的工作系数，一般在0.8到1.0之间。根据这个公式，我们可以计算出H1-1，H1-2，H1-3的极限弯矩是34.7kN.m，实际测量的分别是35.4，33.6，35.4kN.m。
5.结束语
通过校安工程的实例证明，采用钢绞线加固旧教学楼，加固后梁的极限抗弯承载能力可以提升一倍或者几倍，还可以显著的提升梁刚度。假如加固梁被破坏，钢绞线也可以屈服，钢绞线的高强性能还是可以得到充分发挥。把钢绞线运用到旧教学楼的抗震加固改造中具有良好的效果，它耐高温，耐久，耐腐蚀性好，可以显著提升刚度，而且对原有结构的自重与外观影响很小。另外它施工比较方便，工效高，价格相对比较便宜，具有很好的经济性。
参考文献：
[1]史国忠.浅谈建筑结构加固改造技术[J].山西建筑.2010（05）
[2]刘卫东，赵治广，杨文东.丙乳砂浆的水工特性试验研究与工程应用[J].水利学报.2011（08）
[3]聂建国，王寒冰，张天申等.不锈钢绞线网-渗透性聚合砂浆抗弯加固的试验研究[J].建筑结构学报.2012（10）
[4]赵赤云，陈亚静，黄世敏，姚秋来.钢绞线—聚合物砂浆加固钢筋混凝土梁抗剪承载力试验研究及数值模拟分析[J].四川建筑科学研究.2010（01）
[5]王用锁.钢丝绳绕丝约束混凝土轴心受压短柱试验研究[D].哈尔滨工业大学.2011.