本发明涉及建筑工程技术领域，尤其涉及一种体外预应力加固混凝土框架梁结构及其施工方法。
背景技术：
预应力筋布置在混凝土梁内部即常规预应力，布置在混凝土梁以外即体外预应力。体外预应力加固是采用外加体外预应力筋对结构构件或结构整体进行加固的方法，其特点是通过施加预应力手段改变原结构内力分布并降低原结构应力水平，消除一般加固结构中所特有的应力、应变滞后现象，使后加部分与原结构能更好共同工作，结构的总体承载能力可显著提高。
然而，目前体外预应力加固技术在建筑工程中应用并不太多，主要原因有：
1)预应力张拉端需设置在楼面板或屋面板以上，加固后影响建筑的正常使用功能；
2)体外预应力筋为折线形，预应力损失较大，体外预应力筋单跨布置也需两端张拉，张拉节点较多；多跨连续布置时，体外预应力筋需要进行搭接张拉，张拉节点构造复杂；
3)体外预应力筋安装定位时，楼面板或屋面板需开洞，影响建筑加固梁所在楼层的正常使用功能，当为屋面板时，还会破坏屋面的防水体系；
4)体外预应力筋使用期间松弛时，无法进行补张拉。
技术实现要素：
针对现有体外预应力加固的技术缺陷，本发明提供一种体外预应力加固混凝土框架梁结构及其施工方法，每跨框架梁只需设置一个预应力张拉端结构，且张拉端结构布置于框架梁底部，不但简化了张拉端结构节点构造、减少了张拉端结构数量，而且不占用楼面板、屋面板的建筑面积，不影响建筑使用功能，体外预应力安装施工时，楼面板或屋面板也不需开洞；并且，体外预应力筋还可多跨连续布置，加固效率高；此外，当预应力松弛时，还可进行补张拉或更换体外预应力筋等，加固效果好。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种体外预应力加固混凝土框架梁结构，包括至少两组体外预应力筋、张拉端结构、固定端结构和转向装置，所述张拉端结构位于每跨框架梁的中部梁底下方，所述张拉端结构采用环形锚具对两组体外预应力筋进行搭接和张拉，两组体外预应力筋的一端分别从相反的方向穿设于张拉端结构中，两组体外预应力筋的另一端分别锚固于固定端结构上或者穿经相邻跨框架梁之间的框架柱处且与框架梁垂直的梁后穿设于位于邻跨框架梁的中部梁底下方的张拉端结构中，每组体外预应力筋通过各自的转向装置进行转向，所述转向装置设置于张拉端结构与固定端结构之间的框架梁底部或者设置于张拉端结构与框架柱的转向通孔之间的框架梁底部。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，所述体外预应力筋采用无粘结钢绞线或环氧涂层钢绞线。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，体外预应力筋的张拉采取变角张拉方式，所述张拉端结构的一侧依次设有变角转向器以及张拉千斤顶。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，所述环形锚具包括一块开有数目相同但锥孔方向相反的锚板以及设置于锥孔内的配套夹片，能够实现两组相反方向的体外预应力筋的穿索和张拉。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，两组体外预应力筋中的一组体外预应力筋穿设于锚板的中部并作为先行张拉的预应力筋，另一组体外预应力筋穿设于锚板的外部区域。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，固定端结构位于框架梁的横截面的中和轴以上位置。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，每组体外预应力筋分成两束预应力筋，两束预应力筋设置于框架梁的两侧，两束预应力筋的一端经过转向装置后汇合并穿设于张拉端结构中，两束预应力筋的另一端经过转向装置转向后分别锚固于框架梁两侧的对应固定端结构上或者经过转向装置转向后分别穿经相邻跨框架梁之间的框架柱处且与框架梁垂直的梁后穿设于邻跨框架梁的张拉端结构中。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，每束体外预应力筋包括两根体外预应力筋，穿设于锚板中部的同一组的四根体外预应力筋分布于一正方形的顶点上，穿设于锚板的外部区域的另一组的四根体外预应力筋分布于一长方形的顶点上，且所述正方形与所述长方形的中心重合且边线平行，正方形位于长方形的内部。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，所述相邻跨框架梁之间的框架柱处且与框架梁垂直的梁上开设横向通孔，并在通孔内设置套管，所述套管的两端面和所述与框架梁垂直的梁的两侧面齐平，所述套管的两端分别设置转向块，所述转向块分别固定于相邻跨框架梁之间的框架柱上，所述套管具有一个贯通的套管通孔，所述转向块具有一贯通的转向块通孔，所述转向块通孔的底部由靠近套管侧向远离套管侧方向逐渐降低，所述套管通孔与两转向块通孔组合形成转向通孔。
本发明还公开了一种如上所述的体外预应力加固混凝土框架梁结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一，根据已知荷载条件，对框架梁进行体外预应力加固设计，确定体外预应力筋的用量；
步骤二，体外预应力筋下料以及固定端结构和转向装置加工制作；
步骤三，固定端构件及转向装置的定位安装：先将固定端结构与框架梁之间用于对接的表面以及转向装置与框架梁之间用于对接的表面打磨并清除干净，然后用结构胶粘结并用锚栓将固定端结构和转向装置分别固定于框架梁上，固定端钢构件与框架梁之间的缝隙用环氧砂浆或无收缩砂浆灌注密实；
步骤四，体外预应力筋穿束与安装；
步骤五，张拉端环形锚具安装及预应力筋张拉，体外预应力筋采用变角张拉工艺张拉，张拉采用张拉力控制为主、伸长值校核的方法，实测伸长值与计算伸长值的偏差不应超过±6％，施工时仅张拉一组体外预应力筋，张拉过程中随着张拉力和体外预应力筋伸长量不断加大，环形锚具逐步向张拉力的反向移动，从而变相带动另一组体外预应力筋的张拉，当两组体外预应力筋的不同方向的张拉力都达到设计值时，环形锚具受力达到平衡不再移动，进行锚固，张拉结束；
步骤六，体外预应力筋张拉完成后，对体外预应力筋、张拉端结构、固定端结构和转向装置进行防护处理。
由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的体外预应力加固混凝土框架梁结构及其施工方法，一方面，每跨框架梁仅在其中部梁底下方设置一个张拉端结构，所述张拉端结构采用环形锚具对两组体外预应力筋进行搭接和张拉，从而有效减少了张拉端结构的数量，并且简化了张拉端结构的构造。另一方面，本发明将张拉端结构设置于每跨框架梁的底部下方，不会占用楼面板或者屋面板上面的使用空间，不影响建筑使用功能，而且施工时不需要对楼面板或屋面板进行开洞，避免对建筑的使用功能和楼面或者屋面的防水体系造成影响。再一方面，本发明将张拉端结构设置于每跨框架梁的底部下方，不会占用楼面板或者屋面板上面的空间，因此体外预应力筋可以预留张拉所需的操作长度，从而在预应力筋使用期间松弛时，可以对预应力筋进行补张拉或进行更换。并且，体外预应力筋还可多跨连续布置，加固效率高。
附图说明
图1为本发明一实施例单跨框架梁体外预应力加固平面布置图。
图2为本发明一实施例单跨框架梁体外预应力加固立面图。
图3为图1的1-1剖视图。
图4为本发明一实施例的固定端结构的结构示意图。
图5为本发明一实施例两跨及以上框架梁体外预应力加固平面布置图。
图6为本发明一实施例两跨及以上框架梁体外预应力加固立面图。
图中：1-体外预应力筋、2-张拉端结构、21-锚板、3-固定端结构、31-承压板、32-挤压锚、33-固定端钢构件、34-斜支撑板、4-转向装置、5-框架梁、6-框架柱、7-套管、71-套管通孔、8-转向块、81-转向块通孔、9-变角转向器、10-张拉千斤顶、11-与框架梁垂直的梁。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面的说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
请参阅图1至图6，本实施例公开了一种体外预应力加固混凝土框架梁结构，包括至少两组体外预应力筋1、张拉端结构2、固定端结构3和转向装置4，所述张拉端结构2位于每跨框架梁5的中部梁底下方，所述张拉端结构2采用环形锚具对两组体外预应力筋1进行搭接和张拉，两组体外预应力筋1的一端分别从相反的方向穿设于张拉端结构2中，两组体外预应力筋1的另一端分别锚固于固定端结构3上或者穿经相邻跨框架梁5之间的框架柱处且与框架梁垂直的梁11后穿设于位于邻跨框架梁5的中部梁底下方的张拉端结构2中，每组体外预应力筋1通过各自的转向装置4进行转向，所述转向装置4设置于张拉端结构2与固定端结构3之间的框架梁5底部或者设置于张拉端结构2与框架柱6的转向通孔之间的框架梁5底部。
一方面，相比现有技术中预应力筋单跨布置也需两端张拉，张拉节点较多；多跨连续布置时，预应力筋需要进行搭接张拉，张拉节点构造复杂；本实施例的体外预应力加固混凝土框架梁结构，每跨框架梁5仅在其中部梁底下方设置一张拉端结构2，所述张拉端结构2采用环形锚具对两组体外预应力筋1进行搭接和张拉，从而有效减少了张拉端结构2的数量，并且简化了张拉端结构2的构造。
另一方面，相比现有技术中体外预应力张拉端需设置在楼面板或屋面板以上，且预应力筋安装定位时，楼面板或屋面板需开洞，影响加固梁所在楼层建筑使用功能，且当为屋面板时，还会破坏屋面的防水体系；本实施例的体外预应力加固混凝土框架梁结构，将张拉端结构2设置于每跨框架梁5的底部下方，不会占用楼面板或者屋面板上面的空间，不影响建筑使用功能，而且不需要对楼板或屋面板进行开洞，避免对建筑的使用功能和楼面或者屋面的防水体系造成影响。
再一方面，由于预应力张拉需要预留一定的张拉操作长度，传统方法张拉端结构2突出在楼面以上，不允许预留，否则占用较多楼面空间，因此现有技术中预应力筋使用期间松弛时，无法进行补张拉；本实施例的体外预应力加固混凝土框架梁结构，将张拉端结构2设置于每跨框架梁5的底部下方，不会占用楼面板或者屋面板上面的空间，因此预应力筋可以预留张拉所需的操作长度，从而在预应力筋使用期间松弛时，可以对预应力筋进行补张拉或进行更换。
对于单跨框架梁体外预应力加固，请参阅图1至图2，所述张拉端结构2采用环形锚具对两组体外预应力筋1进行搭接和张拉，两组体外预应力筋1的一端分别从相反的方向穿设于张拉端结构2中，两组体外预应力筋1的另一端分别锚固于固定端结构3上，每组体外预应力筋1通过各自的转向装置4进行转向，所述转向装置4设置于张拉端结构2与固定端结构3之间。
对于两跨及以上框架梁体外预应力加固，请参阅图5至图6，所述张拉端结构2采用环形锚具对两组体外预应力筋1进行搭接和张拉，两组体外预应力筋1的一端分别从相反的方向穿设于张拉端结构2中，两组体外预应力筋1的另一端分别锚固于固定端结构3上或者穿经相邻跨框架梁5之间的框架柱处且与框架梁垂直的梁11后穿设于位于相邻跨框架梁5的中部梁底下方的张拉端结构2中，每组体外预应力筋1通过各自的转向装置4进行转向，所述转向装置4设置于张拉端结构2与固定端结构3之间的框架梁5底部或者设置于张拉端结构2与框架柱6的转向通孔之间的框架梁5底部。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，所述转向装置4为固定于框架梁5底部的半圆柱体。通过设置如上结构的转向装置4，保证体预应力筋1在此处光滑转向，使体外预应力筋1形成对结构有利的线形。
由于对一组预应力筋进行张拉受到另一组预应力筋的遮挡影响，无法安装张拉千斤顶进行张拉，因此，在本实施例中，体外预应力筋1的张拉采取变角张拉方式，所述张拉端结构2的一侧依次设有变角转向器9以及张拉千斤顶10，通过设置变角转向器9将体外预应力筋1引出后进行张拉。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，所述环形锚具包括一块开有数目相同但锥孔方向相反的锚板21以及设置于锥孔内的配套夹片，能够实现两组相反方向的体外预应力筋1的穿索和张拉。施工时仅张拉所述张拉端结构2中一组体外预应力筋1，张拉过程中随着张拉力和该组体外预应力筋1伸长量的不断加大，环形锚具逐步向张拉力的反向移动，从而变相带动另一组体外预应力筋1的张拉即对另一组体外预应力筋1进行张拉，当张拉力达到设计值且作用在环形锚具上两组相反方向预应力筋1拉力相等时，环形锚具受力达到平衡不再移动，进行锚固，张拉结束。
为了使得体外预应力均匀作用于框架梁5上，优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，每组体外预应力筋1分成两束预应力筋，两束预应力筋设置于框架梁5的两侧，固定端结构3对称设置于框架梁5的两侧面上，框架柱6上的转向通孔对称设置于框架梁5的两侧，两束预应力筋的一端经过转向装置4后汇合并穿设于张拉端结构2中，两束预应力筋的另一端经过转向装置4转向后分别锚固于框架梁5两侧的对应固定端结构3上或者经过转向装置4转向后分别穿经相邻跨框架梁5之间的框架柱处且与框架梁垂直的梁11后穿设于邻跨框架梁5的张拉端结构2中。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，两组体外预应力筋1中的一组体外预应力筋1穿设于锚板21的中部并作为先行张拉的预应力筋，另一组体外预应力筋1穿设于锚板21的外部区域。将先行张拉的体外预应力筋2设置于锚板21的中部，可以将张拉的体外预应力筋1尽可能集中起来，以便使得变角转向器9以及张拉千斤顶10的结构更加紧凑。具体的，在实施例的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，每束体外预应力筋1包括两根体外预应力筋1，穿设于锚板21中部的同一组的四根体外预应力筋1分布于一正方形的顶点上，穿设于锚板21的外部区域的另一组的四根体外预应力筋1分布于一长方形的顶点上，且所述正方形与所述长方形的中心重合且边线平行，正方形位于长方形的内部。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，固定端结构3位于框架梁5的横截面的中和轴以上位置，以提高体外预应力筋1的受力效果。
较佳的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，所述固定端结构包括承压板31、挤压锚32以及斜支撑板34，所述承压板31通过固定端钢构件33与框架梁5固定连接，所述斜支撑板34的下端与固定端钢构件33焊接，上端与承压板31焊接，所述体外预应力筋1依次穿经斜支撑板34以及承压板31后锚固于挤压锚32内，挤压锚32是由套设于预应力筋端部的套筒，通过专用挤压机具挤压，使得挤压套筒产生塑性变形后握紧预应力筋，所述斜支撑板34与所述承压板上分别开设供体外预应力筋1穿越的处于同一水平高度的通孔。通过设置斜支撑板34不但可以提高承压板的稳定性，而且可以使得体外预应力筋1在锚入挤压锚前处于水平状态，提高锚固效果。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，体外预应力筋1采用无粘结钢绞线或环氧涂层钢绞线。
优选的，在上述的体外预应力加固混凝土框架梁结构中，所述相邻跨框架梁5之间的框架柱6处且与框架梁垂直的梁11上开设横向通孔，并在横向通孔内设置一套管7，所述套管7的两端面和所述与框架梁垂直的梁11的两侧面齐平，所述套管7的两端分别设置转向块8，所述转向块8分别固定于相邻跨框架梁5之间的框架柱6上，所述套管7具有一个贯通的套管通孔71，所述转向块8具有一贯通的转向块通孔81，所述转向块通孔81的底部由靠近套管7侧向远离套管7侧方向逐渐降低，所述套管通孔71与两转向块通孔81组合形成所述转向通孔。
请继续参阅图1至图6，本发明还公开了一种如上所述的体外预应力加固混凝土框架梁结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤一，根据已知荷载条件，对框架梁5进行体外预应力加固设计，确定体外预应力筋1的用量；
步骤二，体外预应力筋1下料以及固定端结构3和转向装置4加工制作；
步骤三，固定端结构3及转向装置4的定位安装：先将固定端结构3与框架梁5之间用于对接的表面以及转向装置4与框架梁5之间用于对接的表面打磨并清除干净，然后用结构胶粘结并用锚栓将固定端结构3和转向装置4分别固定于框架梁5上，固定端钢构件33与框架梁5之间的缝隙用环氧砂浆或无收缩砂浆灌注密实；
步骤四，体外预应力筋1穿束与安装，每组体外预应力筋1分成两束预应力筋，两束预应力筋设置于框架梁5的两侧，两束预应力筋的一端经过转向装置4转向后汇合并穿设于张拉端结构2中，两束预应力筋的另一端经过转向装置4转向后分别锚固于框架梁5两侧的对应固定端结构3上或者经过转向装置4转向后分别穿经相邻跨框架梁5之间的框架柱处且与框架梁垂直的梁11后穿设于邻跨框架梁5的张拉端结构2中；
步骤五，张拉端环形锚具安装及预应力筋张拉，体外预应力筋1采用变角张拉工艺张拉，张拉采用张拉力控制为主、伸长值校核的方法，实测伸长值与计算伸长值的偏差不应超过±6％，施工时仅张拉一组体外预应力筋1，张拉过程中随着张拉力和体外预应力筋1伸长量不断加大，环形锚具逐步向张拉力的反向移动，从而变相带动另一组体外预应力筋1的张拉，当两组体外预应力筋1的不同方向的张拉力都达到设计值时，环形锚具受力达到平衡不再移动，进行锚固，张拉结束；
步骤六，体外预应力筋1张拉完成后，对体外预应力筋1、张拉端结构2、固定端结构3和转向装置4进行防护处理，确保体外预应力加固体系的正常使用性能和耐久性。
综上所述，本发明提供的体外预应力加固混凝土框架梁结构及其施工方法，每跨框架梁5仅仅其中部梁底下方设置一张拉端结构2，所述张拉端结构2采用环形锚具对两组体外预应力筋1进行搭接和张拉，从而有效减少了张拉端结构2的数量，并且简化了张拉端结构2的构造。此外，本发明将张拉端结构2设置于每跨框架梁5的底部下方，不会占用楼面板或者屋面板上面的空间，不影响建筑使用功能，而且不需要对楼面板或屋面板进行开洞，避免对建筑的使用功能和楼面板或者屋面的防水体系造成影响。再者，本发明将张拉端结构2设置于每跨框架梁5的底部下方，不会占用楼面板或者屋面板上面的空间，因此体外预应力筋可以预留张拉所需的操作长度，从而在预应力筋使用期间松弛时，可以对预应力筋进行补张拉或进行更换。此外，体外预应力筋还可多跨连续布置，加固效率高。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。