鋼筋混凝土梁高效預(yù)應(yīng)力加固工程實(shí)例

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1 前言

　　鋼筋砼梁由于設(shè)計(jì)或施工錯(cuò)誤、材質(zhì)不符合要求、使用功能改變或耐久性等原因，其裂縫寬度超出規(guī)范允許值或承載能力不足，都應(yīng)加固處理。加固方法分非預(yù)應(yīng)力加固和預(yù)應(yīng)力加固二種。非預(yù)應(yīng)力加固法要待砼梁繼續(xù)變形后才逐漸起作用，所以加固后梁裂縫寬度和撓度仍會(huì)繼續(xù)增加，是一種被動(dòng)加固法。預(yù)應(yīng)力加固法的主要優(yōu)點(diǎn)是見效快，隨著預(yù)應(yīng)力的施加，梁反拱，裂縫寬度減小，原有鋼筋和砼的應(yīng)力降低，是一種主動(dòng)加固法。

　　傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力加固法是采用Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)鋼作為補(bǔ)強(qiáng)拉桿，有以下缺點(diǎn)：強(qiáng)度低、柔性差、長度短、耗材多、預(yù)應(yīng)力水平低、需焊接。近年來發(fā)展了一種用高強(qiáng)鋼絞線作為補(bǔ)強(qiáng)拉桿的“高效預(yù)應(yīng)力加固法”。這種方法克服了以上缺點(diǎn)，與一般鉸線相比，無粘結(jié)筋具有防腐性能好，摩阻小的優(yōu)點(diǎn)，本工程即采用無粘結(jié)筋作為補(bǔ)強(qiáng)拉桿。

　　2 工程概況

　　泉州某車間的二跨梁如圖1所示，砼為C25：梁截面為300mm×800mm，中柱處負(fù)筋為5Φ25，邊柱處負(fù)筋為通長4Φ25，正筋為通長4Φ22，箍筋為Φ8@200，加密區(qū)為Φ8@100，承受恒載標(biāo)準(zhǔn)值gk＝31.5kN/m，活載標(biāo)準(zhǔn)qk＝32kN/m；柱截面為400×600，層高3.5m，四層框架結(jié)構(gòu)。因改變工藝需要，二層梁處需加設(shè)設(shè)備，其恒載標(biāo)準(zhǔn)值為25kN/m，由于該結(jié)構(gòu)的柱、基礎(chǔ)的強(qiáng)度有較大的富余，只須加固主梁即可。

圖1 梁和無粘結(jié)筋的形狀

　　3 加固設(shè)計(jì)計(jì)算

　　3.1 計(jì)算模型

　　預(yù)應(yīng)力在超靜定結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生次彎矩，較為復(fù)雜。為此，本文把無粘結(jié)筋的效應(yīng)作為外荷載（即等效荷載）作用在原結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力為無粘結(jié)筋的等效荷載和一般外荷載共同作用下的內(nèi)力。這樣計(jì)算概念明確，避免了次彎矩計(jì)算〔1〕。原來的梁就變?yōu)槠氖軌簶?gòu)件，一般為大偏心構(gòu)件。大偏心構(gòu)件抗彎力大于壓力為零的梁，為簡化計(jì)算，偏心受壓梁抗彎能力仍按壓力為零的梁來計(jì)算，偏于安全。計(jì)算模型和無粘結(jié)筋的等效荷載如圖2所示。

圖2 計(jì)算模型

　　3.2 確定無粘結(jié)筋的布置

　　本工程把無粘結(jié)筋在梁頂處的折角設(shè)在梁柱交界處，如圖1.其優(yōu)點(diǎn)為：施工方便，能同時(shí)加強(qiáng)梁的正載面和斜載面強(qiáng)度，保持原樓面的平整。梁底折角的位置，即β1和β2的取值，一般為β1＝0.25～0.5，β2＝0.25～0.35〔3〕。Β1和β2的取值范圍較大，如何針對本工程，求出合適的β1和β2值，本文對此進(jìn)行了分析。取無粘結(jié)筋的拉力為1kN，梁端力矩為1kN×0.4m＝0.4kN*m，0.4m為梁高的一半，無粘結(jié)筋的偏心距，由圖1中折角θ1-θ2，可求出圖2中的F1和F2，即F1＝1.sinθ1、F2＝1.sinθ2.本文以預(yù)應(yīng)力（圖2外力）產(chǎn)生的彎矩圖形狀與外荷載產(chǎn)生的彎矩圖形狀大致相同，彎矩值相反來確定合理的β1、β2值，即以預(yù)應(yīng)力均衡地抵消各截面彎矩為合理。依此，取β1＝0.45、β2＝0.3.。

　　3.3 確定無粘結(jié)筋面積

　　由于無粘結(jié)筋與周圍砼的應(yīng)變不相協(xié)調(diào)，所以在極限狀態(tài)時(shí)，其極限應(yīng)力бpu的計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜?？紤]到鋼絞線費(fèi)用在整個(gè)加固費(fèi)用中所占比例較小，可采用保守的近似計(jì)算方法。假定外荷載作用下無粘結(jié)筋的應(yīng)力增量與預(yù)應(yīng)力損失相等〔2〕，則極限應(yīng)力бpu等于張拉控制應(yīng)力бcon。規(guī)范規(guī)定бcon可取0.7fptk，fptk為強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，無粘結(jié)筋在折角處受力不利，本工程бcon取0.65fptk。本工程無粘結(jié)筋fptk＝1860N/m㎡，бcon＝1209N/m㎡。如前所述，大偏心受壓的梁仍按一般梁計(jì)算其抗彎能力，則：

　　式中：Ap為無粘結(jié)筋面積，m為外荷載產(chǎn)生的彎矩，Mm為原梁的彎矩設(shè)計(jì)值，M1為單位無粘結(jié)筋力產(chǎn)生的彎矩（如圖2）。取跨中和兩支座所求的Ap值的最大值為加固所需的預(yù)應(yīng)力筋面積，計(jì)算值為236m㎡，取用二根無粘結(jié)筋（2×140m㎡）。一般情況下，二根鋼絞線便能滿足要求。

　　4 施工過程

　　4.1 張拉過程：

　　采用YDC240Q手提式千斤頂，雙控張拉。因鋼絞線較短（17m），進(jìn)行一端張拉，固定端為OVM15P型擠壓錨具，張拉端為OVM15-1類片錨具。

　　4.2 端部錨固：

　　本工程柱邊與梁側(cè)面間距為5cm，故將側(cè)面平齊，如圖3所示。若這一間距較大，可用鉆孔方法。梁底鋼絞線折角處圓鋼為Φ25，剝除該處砼保護(hù)層，將圓鋼焊在梁底鋼筋上。

圖3 端部錨具

　　4.3 防腐措施：

　　無粘結(jié)筋具有良好的防腐性能，只需在鑿除處用環(huán)氧砂漿填充，錨具處涂環(huán)氧樹脂，用C30細(xì)石砼包裹。為了美觀，用C30細(xì)石砼對全梁進(jìn)行包裹。在本工程中，去除柱處的無粘結(jié)筋套管，去除油脂，張拉后由環(huán)氧砂漿與柱粘成一個(gè)整體，形成雙保險(xiǎn)。

　　在張拉結(jié)束24小時(shí)后，用百分表測跨中反拱4.5mm，梁原有的細(xì)小裂縫均已閉合。在加設(shè)的設(shè)備荷載作用下，梁跨中撓度為3.2mm，可見預(yù)應(yīng)力效應(yīng)大于設(shè)備荷載效應(yīng)，經(jīng)鑒定確認(rèn)加固成功，可以保證結(jié)構(gòu)安全。

　　集中張拉5根加固梁的施工時(shí)間僅為5小時(shí)，整個(gè)加固施工時(shí)間為9天，材料費(fèi)僅為5000元左右，且無粘結(jié)筋所占空間很小，不影響使用。加固竣工一年來，未出現(xiàn)任何強(qiáng)度問題。

　　5 高效預(yù)應(yīng)力加固的優(yōu)點(diǎn)

　?。?）材料用量省，預(yù)應(yīng)力水平高。

　?。?）鋼絞線柔性好，施工方便。

　?。?）鋼絞線有足夠的長度進(jìn)行多跨加固，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。

　?。?）有現(xiàn)成的錨具可供使用，不需要電焊，適宜于不允許有明火的場所。