K080922預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)簡介較長較知識化資料

1、關(guān)于預(yù)應(yīng)力加固概述鋼筋砼構(gòu)件由于設(shè)計或施工錯誤、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)力加固法要待砼構(gòu)件繼續(xù)變形后才逐漸起作用，所以加固后裂縫寬度和撓度仍會繼續(xù)增加，是一種被動加固法。預(yù)應(yīng)力加固法的主要優(yōu)點是見效快，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，是一種主動加固法。預(yù)應(yīng)力加固即在加固過程中有意識地建立永久的，與外部荷載作用效應(yīng)相反的內(nèi)力和內(nèi)應(yīng)力。以達(dá)到卸除遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的部分外力，改善其在不同條件下的變形性能或提高強(qiáng)度，從而提高承載能力，確保結(jié)構(gòu)能繼續(xù)安全有效

2、地工作，達(dá)到加固的目的。預(yù)應(yīng)力砼可分為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼和有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力法也叫體外預(yù)應(yīng)力法，是預(yù)應(yīng)力加固中主要用到的方法。體外預(yù)應(yīng)力的概念和方法最早產(chǎn)生于法國，它的發(fā)展歷經(jīng)了幾個階段，在工程中大量應(yīng)用則是20世紀(jì)70年代末開始的，是后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系的重要分支之一。體外無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)通過無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋（鋼絞線）對梁從體外施加預(yù)應(yīng)力，以達(dá)到對梁加固的目的。與梁的其它加固方法相比，體外無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固是一種主動的全方位的加固方法。通過對梁從體外施加預(yù)應(yīng)力，改變了梁的內(nèi)力分布，降低了應(yīng)力水平，使其它加固方法中所存在的應(yīng)力應(yīng)變滯后現(xiàn)象得以完全清除，有效地提高了結(jié)構(gòu)的承載能力，減少了梁的

3、撓度，使梁上的裂縫得以部分或完全閉合。因而體外預(yù)應(yīng)力加固具有加固、卸荷、改變結(jié)構(gòu)內(nèi)力、閉合裂縫四重效果。這是國內(nèi)目前現(xiàn)有的其它加固方法所無法實現(xiàn)的。無粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)以高強(qiáng)鋼材-鋼絞線作為體外預(yù)應(yīng)力筋，節(jié)省了材料，具有施工設(shè)備簡單，操作方便，施工速度快，加固費用低，基本上不增加結(jié)構(gòu)自重，加固后構(gòu)件可以立即投入使用等優(yōu)點。因而該技術(shù)的推廣應(yīng)用必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效果。該加固法使用無粘結(jié)體外預(yù)應(yīng)力作為體外預(yù)應(yīng)力筋，很好的解決了傳統(tǒng)的體外預(yù)應(yīng)力加固中的鋼筋銹蝕問題，而且具有防腐、防水、耐磨耐久性好、提高加固構(gòu)件的可靠度等優(yōu)點。傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力加固法是采用級或級鋼作為補(bǔ)強(qiáng)拉桿，有以下缺

4、點：強(qiáng)度低、柔性差、長度短、耗材多、預(yù)應(yīng)力水平低、需焊接。存在下述缺點：1、當(dāng)需要拉桿承擔(dān)較大的內(nèi)力時，材料面積很大使施工很困難；2、預(yù)應(yīng)力數(shù)值不高，預(yù)應(yīng)力損失所占的比例比較大，長期預(yù)應(yīng)力效果不好：3、拉桿端部固定需要焊接，對于不允許有明火的場所不適宜采用；4、要彎成三折線形狀，并進(jìn)行橫向張拉比較困難，彎折處的摩阻力很大：5、不能做連續(xù)跨加固。預(yù)應(yīng)力鋼絞線加固近年來發(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”,是以無粘結(jié)高強(qiáng)鋼絞線作為補(bǔ)強(qiáng)拉桿，采用千斤頂縱向張拉，或手工橫向張拉，或二者結(jié)合的方法施加預(yù)應(yīng)力的體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)。下面將詳細(xì)介紹這種加固方法。一、設(shè)計方法 1、鋼絞線的布

5、置：無粘結(jié)鋼絞線的規(guī)格一般采用j15（7S5），極限強(qiáng)度為1570N/mm2或1860N/mm2，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(yīng)與需補(bǔ)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(dāng)需要補(bǔ)強(qiáng)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(qiáng)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1中方法（1）方法（4）的幾種做法。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。3

6、、中間連續(xù)書點的做法： 當(dāng)采用多跨連續(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1中的方法（2）（4）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，鋼絞線直接支承在連系梁或次粱上，但應(yīng)在跨中設(shè)置拉緊螺栓，如圖1中的方法1所示。4、端部錨固方法：鋼絞線端部的錨固采用園套筒三夾片式夾具。端部支承可采用下述二種方法：1）、當(dāng)具有垂直支承面時，可將夾具通過鋼墊板支承于梁端，如圖2所示；2）、當(dāng)無法設(shè)置鋼墊板時，可用取芯機(jī)在梁端上部截面鉆孔，設(shè)置園鋼銷棍，將夾具通過園鋼銷棍支承于梁端。當(dāng)梁的砼質(zhì)量較差時，可設(shè)置內(nèi)徑與

7、園鋼銷棍直徑相同的鋼管墊，用快硬水泥砂漿坐漿，如圖3所示。5、預(yù)應(yīng)力施加方法： 當(dāng)鋼絞線采用連續(xù)跨布置，而在跨中的轉(zhuǎn)折點設(shè)在梁底以上位置時，應(yīng)盡可能采用兩端縱向張拉以減少摩擦力損失；當(dāng)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(yīng)利用設(shè)在跨中的拉緊螺栓進(jìn)行橫向張拉，以補(bǔ)足由摩擦力引起的預(yù)應(yīng)力損失值。當(dāng)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。這種方法一般適用于無外觀要求的情況.縱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。橫向張拉采用手工旋緊U字形拉緊螺栓的螺帽，使梁側(cè)的鋼絞線向梁底中間位置靠攏，使鋼絞線伸長，以

8、補(bǔ)足預(yù)應(yīng)力。采用橫向張拉時可利用手持式引伸儀測讀鋼絞線的伸長率，進(jìn)而求得預(yù)應(yīng)力值。6、張拉應(yīng)力控制值： 當(dāng)采用千斤頂縱向張拉時，鋼絞線的張拉應(yīng)力控制值一般可取0.7fptk，當(dāng)連續(xù)跨的跨數(shù)較多時，可采用0.75fptk。當(dāng)全部采用手工橫向張拉時，張拉應(yīng)力控制值應(yīng)適當(dāng)降低，以免產(chǎn)生過大的塑性變形，影響應(yīng)力測試精度，一般取0.6fptk左右。Fptk為鋼絞線抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。7、防腐措施： 當(dāng)采用無粘結(jié)鋼絞線作為補(bǔ)強(qiáng)拉桿時，一般屬于需吊頂?shù)那闆r，或不需考慮外觀要求的情況。鐵件和鋼絞線可采用C30細(xì)石砼或12水泥砂漿分別進(jìn)行包裹。二、構(gòu)件強(qiáng)度計算方法 鋼絞線數(shù)量的確定需通過強(qiáng)度計算。由于鋼絞線與大梁砼

9、沒有粘結(jié)在一起，在每一截面上鋼絞線的應(yīng)變與截面其它部位的應(yīng)變不符合平截面假定，所以達(dá)極限狀態(tài)時鋼絞線應(yīng)力增量的計算變得相當(dāng)復(fù)雜，除利用截面上的軸向力平衡和彎矩平衡二個靜力平衡條件外，還要利用下述變形協(xié)調(diào)條件：兩錨固端之間鋼絞線的總伸長值與鋼絞線同高度處截面纖維的總伸長值相等。通常需根據(jù)鋼絞線的形狀和荷載的作用形式及截面的剛度曲線，利用積分的方法計算。考慮到加固構(gòu)件的數(shù)量有限，而且鋼絞線用量在整個加固費用中所占比例不是很大，所以可采用保守的近似計算方法。計算中，可以假定達(dá)極限狀態(tài)時鋼絞線的應(yīng)力即為施加預(yù)應(yīng)力時的張拉控制應(yīng)力，即假定鋼絞線的應(yīng)力增量值與預(yù)應(yīng)力損失值相等。于是便可以象普通鋼筋砼大梁一

10、樣作正截面和斜截面的強(qiáng)度計算。對于超筋截面，可將預(yù)應(yīng)力引起的等效荷載來平衡掉一部分外荷載，然后根據(jù)減少了的截面內(nèi)力作強(qiáng)度計算。此時可只考慮原截面的配筋。如果原截面不是超筋截面，在考慮預(yù)應(yīng)力鋼絞線的作用以后才成為超筋截面，則應(yīng)將計算結(jié)果與上述方法的計算結(jié)果作比較，取二者中較大的值。三、無粘結(jié)鋼絞線體外預(yù)應(yīng)力加固法的優(yōu)點 與采用橫向張拉的光面鋼絞線體外預(yù)應(yīng)力加固法一樣，與傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力加固法比較具有下述優(yōu)點：1、由于鋼絞線的強(qiáng)度高，當(dāng)需要拉桿承受較大內(nèi)力時，材料面積也不需要很大，施工起來比較方便。2、由于張拉應(yīng)力高，預(yù)應(yīng)力損失所占比例小，所以長期預(yù)應(yīng)力效果好。3、端部錨固有現(xiàn)成的夾具可以利用，安全可

11、靠，不需現(xiàn)場燒電焊，適用范圍廣。4、鋼絞線的柔性好，很容易形成設(shè)計形狀，施工起來方便。5、由于鋼絞線的長度長，可以采用連續(xù)跨加固，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性。6、施工速度快，而且不受氣溫影響。7、大梁加固后對房屋凈高影響不大。8、由于原有大梁的強(qiáng)度可以充分利用，而且只需要對大梁本身進(jìn)行加固，柱子和基礎(chǔ)可以不加處理，所以加固費用比較低。無粘結(jié)鋼絞線體外預(yù)應(yīng)力加固法與光面鋼絞線體外預(yù)應(yīng)力加固法相比，還具有下述優(yōu)點；1、由于無粘結(jié)鋼絞線在轉(zhuǎn)折點處的摩擦力較小，可以采用千斤頂縱向張拉，這樣可減少張拉工作量，而且張拉值容易控制。2、由于無粘結(jié)鋼絞線的防腐性能較好，在外觀要求不高的情況下，可采取簡單的防腐措施，施

12、工比較方便。3、鋼絞線儲存方便，不會銹蝕。4、鐵件用量少。碳纖維預(yù)應(yīng)力加固一、概述 碳纖維具有的片材輕、強(qiáng)度高、施工便捷等優(yōu)異性能，使得碳纖維加固技術(shù)在房屋、橋梁、隧道等混凝土結(jié)構(gòu)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 大量試驗研究證明，在正常使用極限狀態(tài)下，碳纖維片材的高強(qiáng)度性能在混凝土結(jié)構(gòu)加固中往往得不到完全的發(fā)揮，這是當(dāng)前預(yù)應(yīng)力碳纖維片加固技術(shù)得到充分重視的主要原因。 碳纖維片材雖然具有高于鋼材近十倍的強(qiáng)度，彈性模量卻與鋼材接近，這意味著只有在碳纖維片材產(chǎn)生的變形近十倍于鋼材的屈服變形時，才能充分發(fā)揮它的高強(qiáng)度性能，而此時結(jié)構(gòu)已很難滿足正常使用極限狀態(tài)的變形控制。為了滿足正常使用極限狀態(tài)的變形要求，碳

13、纖維片材的設(shè)計變形量必須進(jìn)行控制，因而碳纖維的強(qiáng)度得不到充分的利用。 二、適用范圍 1 、對于橋梁及工業(yè)與民用建筑等的梁、板、柱、剪力墻結(jié)構(gòu)，由于設(shè)計、施工、使用、老化或因結(jié)構(gòu)承載力不足等造成的原因，可以使用預(yù)應(yīng)力碳纖維板進(jìn)行加固，以恢復(fù)其整體性和使用功能。 2 、對于新建斜拉橋或者需要換索的斜拉橋，可以用碳纖維預(yù)應(yīng)力索來代替當(dāng)前使用的拉索。可以作為體外索在加固結(jié)構(gòu)中使用。 三、工藝特點 （一）對加固構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板進(jìn)行加固，其工藝特點有： 1、本裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 2、與碳纖維片材連接牢固。 3、碳纖維片材張拉應(yīng)力均勻。 4、本裝置安裝方便，操作簡單，可適用于各種形式的混凝土梁的預(yù)應(yīng)力碳纖

14、維梁的施工。 （二）對于新建斜拉橋或者已有斜拉橋進(jìn)行換索采用碳纖維索替代現(xiàn)有的鋼索。它具有結(jié)構(gòu)自重輕，耐久性好，強(qiáng)度高，施工安裝方便等優(yōu)點。其關(guān)鍵技術(shù)在于索端部的錨固。本公司已掌握了關(guān)于預(yù)應(yīng)力碳纖維索端部錨固的問題，并在實際結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。端部錨固主要是采用嵌固式錨固，其工藝特點有 1、粘結(jié)性能好。 2、可用于一些惡劣環(huán)境的加固。 3、抗火性能好。 4、加固對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高更為明顯。 四、預(yù)應(yīng)力混凝土空心板粘貼碳纖維加固目前一些工程使用中發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板存在質(zhì)量隱患，包括跨中附近裂縫，端部裂縫，板底或板肋蜂窩、麻面及露筋，混凝土強(qiáng)度不足和受力主筋質(zhì)量不合格等。上述問題影響結(jié)構(gòu)安全時，就必須

15、采取措施進(jìn)行加固處理。加固處理的方法很多，如板面澆注混凝土疊合層、板孔剔槽埋筋現(xiàn)澆等，這些方法不僅施工難度大，周期長，有時還影響使用功能。碳纖維布有很高強(qiáng)度重量比、極好的耐腐蝕性能及耐久性，施工簡便快捷，粘貼碳纖維布加固方法比其它方法更有優(yōu)勢。為此對粘貼碳纖維布加固預(yù)應(yīng)力空心板技術(shù)進(jìn)行試驗研究，并用于實際工程。（一）技術(shù)研究1、試驗材料選用冷軋帶肋鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，圖集號：L95G404,板號為YKBL33-22d，尺寸為3280mm×590mm×120mm，受力主筋為650級8LL5冷軋帶肋鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級C25。其中B1、B2為對比試驗板，未進(jìn)行加固處理；B3

16、B6底部通長粘貼日本產(chǎn)FTS-C1-20碳纖維120寬兩道。試驗用FTS-C1-20碳纖維材料性能指標(biāo)：厚度0.111，單位面積重量200g/，密度1.8 g/cm3,拉伸強(qiáng)度3550Mpa，拉伸模量235Gpa，粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)膠選用日本產(chǎn)FR-E3P。2、試驗方案在預(yù)應(yīng)力混凝土空心板跨中混凝土及碳纖維上粘貼電阻應(yīng)變片，按預(yù)制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)（GBJ321-90）對預(yù)應(yīng)力混凝土空心板進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗。在1.0倍正常使用短期荷載檢驗值作用下持荷30min，其余每級荷載作用下持荷10min。持荷載結(jié)束時，使用靜態(tài)電阻應(yīng)變采集儀跟蹤記錄混凝土及碳纖維在各級荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變情況，用百分表

17、量測空心板在各級荷載作用下的撓度變化，用讀數(shù)顯微鏡觀測裂縫寬度并記錄裂縫開展情況，所有試驗均做到破壞為止。試驗結(jié)果見表1。表1  空心板試驗結(jié)果板號開裂荷載/KN開裂彎矩/KN·m極限荷載/KN極限彎矩/KN·mMu，t/Mu加固材料應(yīng)變破壞特征試驗值Mu，t計算值MuB111.25.9224.811.3310.371.09-主筋拉斷B211.25.9225.811.7310.371.13-主筋拉斷B324.611.2547.020.1517.151.1711000主筋、碳纖維均拉斷B421.810.1442.618.4017.151.079876主筋、碳纖維均拉

18、斷B521.810.1445.819.6817.151.1512000主筋、碳纖維均拉斷B621.810.6942.618.4017.151.078884主筋、碳纖維均拉斷3、試驗分析板底粘貼碳纖維加固正截面抗彎驗算，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范抗彎設(shè)計計算的基本原理，參照國內(nèi)外關(guān)碳纖維加固混凝土受彎構(gòu)件正截面抗彎設(shè)計的試驗研究成果，假定：預(yù)制混凝土空心板受彎后，變形規(guī)律符合平截面；忽略混凝土的抗拉強(qiáng)度；在極限狀態(tài)下，碳纖維的應(yīng)力達(dá)到抗拉設(shè)計強(qiáng)度。正截面內(nèi)力平衡方程：Fx=0   Acfcf+Asy=bxcm       

19、;                 （1）M=0    Mu=Acfcf（h-x/2）+Asy（ho-x/2）        （2）4、試驗結(jié)論采取粘貼碳纖維加固預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，可以有效地提高預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的承載力。在同樣荷載作用下，粘貼碳纖維加固后可以有效減少預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的撓度。粘貼碳纖維加固后預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的開裂荷載

20、增大。采取粘貼碳纖維加固預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，基本不影響構(gòu)件的截面高度及自重，對用戶空間的凈高度及建筑物的其他結(jié)構(gòu)沒有影響。試驗中碳纖維最大拉應(yīng)變?yōu)?2000，建議設(shè)計時碳纖維抗拉強(qiáng)度取2000Mpa。（二）工程實例1、工程概況某住宅樓采用冷軋帶肋鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，圖集號L95G404，板號YKBL33-22d，尺寸為3280×590×120，受力主筋為650級8LL5冷軋帶肋鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級C25，跨中彎矩設(shè)計值為5.79KN·m。居民入住后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多處空心板跨中附近存在垂直受力主筋的裂縫，裂縫寬度在0.61.2范圍，上下貫通，相鄰3塊空心板裂縫并排在

21、一塊的有1處?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GBJ10-89）規(guī)定，冷拔低碳鋼絲或冷軋帶肋鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土空心板在正常使用條件下不允許出現(xiàn)裂縫。裂縫的存在嚴(yán)重影響預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的整體性和承載力，埋下了結(jié)構(gòu)安全隱患，必須進(jìn)行加固處理。通過對現(xiàn)場裂縫情況分析，上述預(yù)應(yīng)力混凝土空心板裂縫是因吊裝、運輸不當(dāng)引起的，在施工安裝前即已出現(xiàn)。2、加固方案確定及計算分析按居民要求，對空心板加固后要保證房間恢復(fù)原狀，不影響原使用功能。時至冬季，處理速度要快，盡量不影響居民正常生活。為此，選擇灌漿封縫和粘貼碳纖維布的加固處理方案。通過灌漿封閉裂縫，堵塞有害介質(zhì)腐蝕鋼筋的通路，并將已開裂的混凝土粘結(jié)起來，使空心板成為一個整體，提高其耐久性，在板底粘貼碳纖維可減少空心板的變形，提高其承載力。板底粘貼碳纖維加固正截面抗彎驗算，本工程計算不考慮原鋼筋作用?？紤]碳纖維布與混凝土粘貼破壞特性，碳纖維布設(shè)計抗拉強(qiáng)度cf=2400Mp