高效體外預應力加固技術(shù)的設(shè)計和施工方法

1、無粘結(jié)鋼絞線體外預應力加固技術(shù)的設(shè)計和施工方法項劍鋒，陳微（浙江劍鋒加固工程有限公司，浙江杭州）摘要：針對無粘結(jié)鋼絞線體外預應力加固技術(shù)的發(fā)展和廣泛應用，筆者結(jié)合公司多年的加固改造工程實踐，分別從6個方面介紹了高強無粘結(jié)鋼絞線體外預應力加固技術(shù)的設(shè)計和施工方法，供從事相關(guān)加固改造設(shè)計或施工的工作人員參考。關(guān)鍵詞：無粘結(jié)鋼絞線；預應力；加固；改造Design and Construction Method of the Exterior Prestress Reinforcing Technology of Unbonded Steel CableXiang Jianfeng(Zhejiang

2、jianfeng reinforcement engineering Co., LTD, Hangzhou,Zhejiang,China)Abstract: According to the development and extensive application of the prestress reinforcing technology of unbonded steel cable,the author introduces the design and construction method of the high-strength and unbonded steel cable

3、 respectively from six aspects on the basis of combining the reinforcement and reconstruction engineering practice, which it would be a reference for engineers who work in relevant design and construction of reinforcement and reconstruction.Keywords: unboned steel cable；prestress；reinforcement；recon

4、struction引言 高強鋼絞線體外預應力加固技術(shù)自1988年筆者首次應用于鋼筋混凝土大梁加固工程以來，已有了較大發(fā)展。1988年首次應用時是采用光面高強鋼絞線作為補強拉桿，張拉方法是采用橫向手工張拉，具體的設(shè)計和施工方法見參考文獻12。當市面上出現(xiàn)無粘結(jié)高強鋼絞線以后，又改用無粘結(jié)高強鋼絞線作為補強拉桿，張拉方法改用縱向千斤頂張拉或橫向張拉與縱向千斤頂張拉相結(jié)合的方法，見參考文獻3。應用范圍也從單純的大梁加固發(fā)展到拆墻、拔柱、減小梁的截面高度和加固樓、屋面板等加固改造工程中，見參考文獻4。這種技術(shù)已引起建設(shè)部有關(guān)部門的重視，現(xiàn)已決定將其編入我國混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范的修訂稿中。下面介紹無粘

5、結(jié)鋼絞線體外預應力加固技術(shù)的設(shè)計和施工方法。1 鋼筋混凝土大梁采用橫向手工張拉加固時的設(shè)計和施工方法當無法采用縱向千斤頂張拉時，或當連續(xù)跨的跨數(shù)超過二跨（一端張拉）和超過四跨（二端張拉）時，須采用橫向手工張拉或縱向千斤頂張拉與橫向手工張拉相結(jié)合的方法。采用橫向手工張拉時，其設(shè)計和施工方法如下：1.1 鋼絞線和鐵件的布置鋼絞線的規(guī)格一般采用極限強度為1860N/mm2的Uj15.2（7s5）低松馳無粘結(jié)鋼絞線。鋼絞線的形狀近似與彎矩圖形相一致，成對布置在大梁兩側(cè)的受拉區(qū)，跨中水平段必須在梁的底部。當鋼絞線數(shù)量很多時可排成數(shù)排。圖1為一排鋼絞線時的示意圖，圖2為布置二排鋼絞線時的示意圖，圖3為一排

6、時的仰視圖。 每跨鋼絞線被支承墊板、中間撐棍和拉緊螺栓分為若干個區(qū)段。中間撐棍的數(shù)量應通過計算確定，對于一般跨長的梁（如69m），可設(shè)置1根中間撐棍和2根拉緊螺栓；當梁的跨度不大時（如小于6m），可取消中間撐棍，僅設(shè)置1根拉緊螺栓；當梁的跨長很大時（如大于9m），一般需設(shè)置2根中間撐棍、3根拉緊螺栓。1.2 中間撐棍數(shù)量的確定方法鋼絞線的應力是通過擰緊設(shè)在梁底的拉緊螺栓進行橫向張拉，使鋼絞線伸長而建立起來的。如果不考慮轉(zhuǎn)折點處的摩阻力，其應力值為鋼絞線的總伸長量除以總長度，再乘上彈性模量值。為了達到要求的總伸長量，必須設(shè)置一定數(shù)量的拉緊螺栓和中間撐棍。當不設(shè)中間撐棍，僅有1根拉緊螺栓時，總伸長

7、量按圖4的幾何關(guān)系計算（圖中a1為拉緊螺栓至支承墊板的距離，b為拉緊螺栓處鋼絞線的橫向位移量，可取梁寬的一半）?？偵扉L量為：當設(shè)1根中間撐棍和2根拉緊螺栓時，總伸長量按圖5的幾何關(guān)系計算（圖中a2為拉緊螺栓至中間撐棍的距離）。總伸長量為：當設(shè)2根中間撐棍和3根拉緊螺栓時，總伸長量按圖6的幾何關(guān)系計算：1.3 拉緊螺栓位置的確定當不設(shè)中間撐棍時，可將拉緊螺栓設(shè)在中點位置。當設(shè)有1根中間撐棍時，為使拉緊螺栓兩側(cè)的鋼絞線應力盡量均衡，減少鋼絞線在拉緊螺栓處的縱向滑移量，應使a1 a2，并使當設(shè)有2根中間撐棍時，應使拉緊螺栓至中間撐棍的距離相等，并將兩邊拉緊螺栓至支承墊板的距離靠近一些，使1.4 端部

8、錨固方法鋼絞線端部的錨固宜采用園套筒三夾片式單孔錨，端部支承可采用圖7的三種方法。當邊柱側(cè)面至梁側(cè)面的距離大于5cm時，可將柱子鉆孔，鋼絞線穿過柱子，錨具通過鋼板墊板支承于柱子外側(cè)面；當邊柱側(cè)面至梁側(cè)面的距離不大于5cm時，如果柱側(cè)有梁，可將錨具通過鋼板墊板支承于梁的外側(cè)面；如果柱側(cè)無梁，則用取芯機在邊柱上鉆孔，設(shè)置園鋼銷棍，將錨具通過園鋼銷棍支承于邊柱。園鋼銷棍可采用60的45#鋼制作，錨具支承處要加工成平面。當柱子砼強度較低時，為了提高園鋼銷棍承壓面砼的局部承壓強度，可設(shè)置內(nèi)徑與園鋼銷棍直徑相同的鋼管墊，墊下部用快硬水泥砂漿或堵漏劑坐漿。1.5 中間連續(xù)節(jié)點做法中間連續(xù)節(jié)點可采用圖8的三種

9、做法。當中柱側(cè)面至梁側(cè)面的距離大于5cm時可將鋼絞線直接支承在柱子上；當中柱側(cè)面至梁側(cè)面的距離不大于5cm時，可將鋼絞線支承在柱側(cè)的梁上；柱側(cè)無梁時可用取芯機在中柱上鉆孔，設(shè)置鋼吊棍，將鋼絞線支承在鋼吊棍上。如果支座負彎矩承載力也需要補強，中間連續(xù)節(jié)點處的鋼絞線應設(shè)置水平段，轉(zhuǎn)折點處設(shè)置鋼吊棍，具體做法見圖9，水平段的長度按計算確定。鋼吊棍采用60或50(僅一側(cè)鋼絞線為斜向時)厚壁鋼管制作，內(nèi)灌細石砼。此時若梁端抗剪承載能力不足，可采用粘貼U形碳纖維布或粘貼鋼板的方法解決。1.6 預應力施加方法施加預應力時利用U形拉緊螺栓，用手工旋緊螺帽，使梁側(cè)的鋼絞線向梁底中間位置靠攏，從而使鋼絞線伸長，建

10、立起所需要的應力。在進行橫向張拉前，引伸儀初讀數(shù)后，先將梁底轉(zhuǎn)折點處的支承墊板向外側(cè)敲緊，對鋼絞線進行初張拉，然后再通過拉緊螺栓橫向施加預應力。為節(jié)省U形拉緊螺栓的工料費，在開始階段先使用工具式U形拉緊螺栓，待張拉至一定程度后再換上較短的、直徑較細的U形拉緊螺栓繼續(xù)張拉。在各跨拉緊螺栓拉緊時，應盡量保持同步。為此，必須同時緩慢擰緊螺栓，用量測兩根鋼絞線中距的辦法進行控制。當鋼絞線應力達到要求值以后，在每一根拉緊螺栓上旋上雙螺帽固定。1.7 鋼絞線應力測試方法為控制鋼絞線的應力值，在每跨梁的梁底較長水平段的鋼絞線上各設(shè)置一對銅頭測點，用50cm或25cm標距的手持式引伸儀測試鋼絞線的伸長值，進而

11、推算應力值。在貼銅片時，先用角向磨光機將鋼絲的圓面磨成小平面，然后用502膠水粘貼。這項工作在鋼絞線安裝就位并稍加拉緊時進行。初讀數(shù)在支承墊板向外側(cè)敲緊前進行。待橫向張拉擰緊螺栓感到吃力時，再開始用手持式引伸儀測試伸長量，然后逐步使伸長量達到設(shè)計要求（應力值等于伸長量除以標距，再乘鋼絞線的彈性模量值）。1.8 張拉應力控制值根據(jù)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，鋼絞線的張拉控制應力可取0.75fptk?？紤]到進行橫向張拉時鋼絞線的應力值是由應變值按彈性模量推算得到的，如果應力過高，鋼絞線的塑性變形增加，推算得到的應力值就不能反映實際情況，而且鋼絞線經(jīng)轉(zhuǎn)折后抗拉強度要降低，故張拉控制應力不宜過高，一般取0.6fpt

12、k。1.9 防腐和防火措施防腐和防火措施可采用以下二種方法：當無外觀要求時，可將無粘結(jié)鋼絞線用80直徑的1：2水泥砂漿包裹，鐵件用C25細石砼包裹；當有外觀要求時，將鋼絞線和鐵件均用C25細石砼包裹，如圖1和圖2所示。端部鐵件和錨具均用C25細石砼包裹。當鋼絞線用水泥砂漿包裹時，可采用80PVC管對開，內(nèi)置1：2水泥砂漿，然后將鋼絞線包裹在里面，用鉛絲綁扎，第二天將PVC管取下。2 鋼筋混凝土大梁采用縱向千斤頂張拉加固時的設(shè)計和施工方法對于可以采用縱向千斤頂張拉的大梁，應優(yōu)先采用這種方案。采用縱向千斤頂張拉時，其設(shè)計和施工方法如下：2.1 鋼絞線的布置鋼絞線一般采用極限強度為1860N/mm2

13、的Uj15.2（7s5）低松馳無粘結(jié)鋼絞線，成對布置在梁的兩側(cè)，鋼絞線的形心至梁側(cè)的距離一般為40mm左右。鋼絞線的形狀應與需補足的彎矩圖形相近。一般情況下，采用二根鋼絞線便能滿足要求，當需要補強的鋼絞線數(shù)量很多時可以排成數(shù)排。為了不影響使用凈高，可以把鋼絞線在跨中的支承點設(shè)在梁底以上的位置。鋼絞線可采用連續(xù)跨布置，以加強結(jié)構(gòu)的整體性，并簡化節(jié)點構(gòu)造。在實際加固工程中，曾采用過如圖9中方法1方法4的幾種做法。圖9 鋼絞線的幾種布置方法2.2 鐵件的設(shè)置為了形成設(shè)計要求的鋼絞線形狀，要在鋼絞線的轉(zhuǎn)折點處設(shè)置支承墊板或鋼吊棍等鐵件，在兩端要設(shè)置鋼墊板或鋼銷棍。2.3 中間連續(xù)節(jié)點的做法當采用多跨連

14、續(xù)張拉，鋼絞線在跨中的轉(zhuǎn)折點設(shè)在梁底以上位置時，為了減少轉(zhuǎn)折點處的摩擦力，在中間支座的兩側(cè)要設(shè)置鋼吊棍，如圖9中的方法24所示；若鋼絞線在跨中的轉(zhuǎn)折點設(shè)在梁底以下位置，則中間支座可不設(shè)鋼吊棍，鋼絞線直接支承在柱子或柱側(cè)的橫梁上，但如果該跨不靠近張拉端，則應在跨中設(shè)置拉緊螺栓，如圖9中的方法1所示，在千斤頂張拉以后再用拉緊螺栓補足鋼絞線的應力。鋼吊棍可采用50或60（當二側(cè)鋼絞線均為斜向時）厚壁鋼管制作，內(nèi)灌細石砼。如砼孔洞下部的局部擠壓強度不滿足要求，可設(shè)置內(nèi)徑與鋼吊棍相同的鋼管墊，用快硬水泥砂漿或堵漏劑坐漿。如果需要補足支座負彎矩承載力，則中間支座水平段鋼絞線的長度按計算確定。此時若梁端截面

15、的抗剪承載能力不足，可采用粘貼U形碳纖維布或粘貼鋼板的方法解決。2.4 端部錨固方法鋼絞線端部的錨固采用園套筒三夾片式單孔錨。端部支承可采用圖10中的四種方法： 當邊柱側(cè)面至梁側(cè)面的距離大于5cm時，可將柱子鉆孔，將端部錨具通過鋼板墊板支承于邊柱外側(cè)面，為了減少縱向張拉時的摩擦力，在梁端上部設(shè)鋼吊棍；當邊柱側(cè)面至梁側(cè)面距離不大于5cm時，將錨具通過槽鋼墊板支承于邊柱外側(cè)面，在梁端上方也設(shè)鋼吊棍；當柱側(cè)有梁時可將錨具通過鋼板墊板支承于梁的外側(cè)面。當無法設(shè)置鋼墊板時，可用取芯機在梁端上部截面鉆孔，設(shè)置園鋼銷棍，將錨具通過園鋼銷棍支承于梁端。園鋼銷棍可采用60的45#鋼制作，錨具支承面處要加工成平面

16、。當梁的砼質(zhì)量較差時，可設(shè)置內(nèi)徑與園鋼銷棍直徑相同的鋼管墊，用快硬水泥砂漿或堵漏劑坐漿。施工時端部鋼墊板接觸面處的砼面必須平整，如果不平整則應用快硬水泥砂漿或堵漏劑找平。2.5 預應力施加方法當鋼絞線采用連續(xù)跨布置，而跨中的轉(zhuǎn)折點設(shè)在梁底以上位置時，應盡可能采用兩端縱向張拉以減少摩擦力損失，當鋼絞線在跨中的轉(zhuǎn)折點設(shè)在梁底以下位置時，可采用一端縱向張拉，但在縱向張拉以后，還應利用設(shè)在跨中的拉緊螺栓進行橫向張拉，以補足由摩擦力引起的預應力損失值。當縱向張拉有困難時，也可將跨中轉(zhuǎn)折點設(shè)在梁底，全部采用橫向張拉的方法?？v向張拉的工具采用穿心千斤頂和高壓油泵，張拉力直接從油壓表中讀取。張拉時應采用交錯張

17、拉的方法：先在一端張拉，把第一根鋼絞線張拉至一半張拉控制值，再張拉另一側(cè)鋼絞線至張拉控制值，然后再把第一根鋼絞線張拉至張拉控制值。如有數(shù)排鋼絞線，也采用同樣方法。一端張拉后再到另一端把鋼絞線的張拉力全部補足。2.6 張拉應力控制值當采用千斤頂縱向張拉時，鋼絞線的張拉應力控制值一般可取0.7fptk，當連續(xù)的跨數(shù)較多時，可采用0.75fptk。fptk為鋼絞線抗拉強度標準值。2.7 防腐和防火措施當外觀要求不高時，鐵件和鋼絞線可采用C25細石砼或1：2水泥砂漿分別進行包裹；當外觀要求較高時，可用C25砼將鐵件和鋼絞線整體包裹；端部錨具用C25細石砼包裹。當鋼絞線用水泥砂漿包裹時，可采用80PVC

18、管對開，內(nèi)置1：2水泥砂漿，然后將鋼絞線包裹在里面，用鉛絲綁扎，第二天將PVC管取下。3 用于拔柱時的設(shè)計和施工方法當要拔除的柱子所承受的軸向荷載不是很大時，可采用“無粘結(jié)鋼絞線體外預應力加固法”對大梁進行加固，然后將柱子拔除。此時原梁端部的負彎矩承載能力和抗剪承載能力仍存在，但不足部分及跨中的全部正彎矩要由所加的鋼絞線承擔。這種情況必須采用縱向千斤頂張拉施加預應力。為了確保安全，鋼絞線數(shù)量不宜少于四根,但也不宜大于八根。如果預應力加固后梁端抗剪承載能力仍不足，可采用粘貼U形碳纖維布或粘貼鋼板的方法解決。柱子在預應力張拉以后敲掉。在柱子敲掉以后把所有鋼絞線和鐵件及兩端錨具用C25細石砼包裹。具

19、體做法見圖11。 如果拔柱后兩側(cè)的柱子和柱基承受不了新增加的荷載，則兩側(cè)的柱子和柱基在拔柱之前必須先進行加固，必要時要設(shè)置錨桿靜壓樁，以避免柱基產(chǎn)生過大沉降。4 用于拆墻時的設(shè)計和施工方法當承重墻所承受的荷載不是很大，長度也不是很長，而且墻頂設(shè)有鋼筋砼圈梁時，可采用“無粘結(jié)鋼絞線體外預應力加固法”對圈梁進行加固，然后拆除承重墻。此時，把圈梁變?yōu)槿邕B續(xù)梁，跨中的二個支點處由預應力鋼絞線提供向上反力。如果跨度較大，可將支承墊板的高度加高，使向上的反力滿足承載力的要求。鋼絞線的數(shù)量可通過計算確定。為了確保安全，鋼絞線的數(shù)量不宜少于4根，但也不宜大于八根。在拆除承重墻的改造工程中，一般要在兩側(cè)增設(shè)鋼

20、筋砼柱子，或?qū)υ瓨?gòu)造柱進行加固。柱基必要時要設(shè)置錨桿樁，以避免產(chǎn)生過大沉降。具體做法見圖12。5 用于減小大梁高度時的設(shè)計和施工方法當改造工程中需要將大梁的截面高度減小時，梁下部的正主筋將全部去掉，跨中截面的承載能力將全部喪失，而且截面剛度大大降低，大梁的負主筋和箍筋雖然仍保留，但負彎矩承載能力和抗剪承載能力已大大減小。在減小大梁截面高度之前，必須先用“無粘結(jié)鋼絞線體外預應力加固法”對大梁進行加固。鋼絞線的數(shù)量通過計算確定，成對布置在大梁兩側(cè)的受拉區(qū)，形狀一般采用三折線形，與梁的彎矩圖形近似一致?？缰凶钕乱慌潘蕉武摻g線與減小后的梁截面底邊相距3cm左右，轉(zhuǎn)折點處用取芯機在梁上鉆孔，設(shè)置鋼吊棍

21、。為了避免去除下部梁截面砼時傷及上部梁截面砼，可在上部梁截面的下部粘貼一條鋼板；如不設(shè)鋼板，在去除下部梁截面砼時要先用切割機沿分界線切割出一條凹槽。為了避免兩端底部素砼處應力集中，和增強支座截面負彎矩承載能力，可保留兩端部分截面，做成牛腿狀。鋼絞線采用縱向千斤頂張拉，張拉以后再去掉下部梁截面的砼。在去掉下部梁截面砼時，要保留一定長度的箍筋，在底面彎折后相互焊接，然后設(shè)置底模和邊模，用C25細石砼振搗密實。具體做法見圖13。當有抗震要求時，應在兩端梁底位置用植筋的方法將所需的正彎矩鋼筋植入柱子內(nèi)。6用于加固樓、屋面板時的設(shè)計和施工方法當用于樓、屋面加固時，一般采用“鋼支托無粘結(jié)鋼絞線下?lián)问筋A應力拉桿法”。即用二根或一根由工字鋼和鋼管焊成的鋼支托作為樓板的跨中支座，把樓板變成三跨或二跨連續(xù)板，在鋼支托的下部配置三折線形或二折線形預應力無粘結(jié)鋼絞線作為鋼支