混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)3.2.3

1、 3.2.4預(yù)應(yīng)力加固法 預(yù)應(yīng)力加固工藝 預(yù)應(yīng)力加固效應(yīng)及內(nèi)力計(jì)算 加固梁承載力計(jì)算 張拉量的計(jì)算 張拉控制應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力損失 構(gòu)造要求 3.2.4預(yù)應(yīng)力加固法 用預(yù)應(yīng)力筋對建筑物的梁或板進(jìn)行加固的方法，稱為預(yù)應(yīng)力加固法。 方法優(yōu)點(diǎn)：施工簡便，不影響結(jié)構(gòu)使用空間； 主要是由于預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的負(fù)彎矩抵消了一部分荷載彎矩，致使梁、板彎矩減小，裂縫寬度縮小甚至完全閉合，當(dāng)采用元寶式預(yù)應(yīng)力筋加固梁時，效果將更佳。 本節(jié)介紹：預(yù)應(yīng)力加固工藝； 闡述預(yù)應(yīng)力效應(yīng)、加固構(gòu)件承載力計(jì)算； 張拉量計(jì)算。 原理和計(jì)算方法同樣適用于板。

2、預(yù)應(yīng)力加固工藝 預(yù)應(yīng)力筋加固梁、板的基本工藝是： （1）在需加固的受拉區(qū)段外面補(bǔ)加預(yù)應(yīng)力筋； （2）張拉預(yù)應(yīng)力筋，并將其錨固在梁(板)的端部。 下面分別敘述預(yù)應(yīng)力筋張拉及錨固的方法及工藝。 1.預(yù)應(yīng)力筋張拉 體外張拉預(yù)應(yīng)力的方法有多種，常用的有： （1）千斤頂張拉法 這是一種用千斤頂在預(yù)應(yīng)力筋的頂端進(jìn)行張拉并錨固的方法。它較適用于元寶筋。對于直線筋，由于在梁端放置千斤頂較為困難，因此往往不易實(shí)現(xiàn)。 （2）橫向收緊法 這是一種橫向預(yù)加應(yīng)力的方法。其原理是在加固筋兩端被錨固的情況下，利用測力扳手和螺栓等簡易工具，迫使加固筋由直變曲產(chǎn)生拉伸應(yīng)變，從而在加固筋中建立預(yù)應(yīng)力。 橫向收緊法的

3、工藝如下(如圖3.12所示)： 將加固筋的兩端錨固在原梁上，加固筋可為彎折的下?lián)问?，也可為圖3.15e所示的直線式。 每隔一定距離用撐桿（角鋼或粗鋼筋）撐在兩根加固筋之間； 在撐桿間設(shè)置U形螺絲，把兩根加固筋收緊，即在其中建立預(yù)應(yīng)力。 1-原梁； 2-加固筋； 3-U形螺絲； 4-撐桿； 5-高強(qiáng)螺栓圖3-12 人工橫向收緊法張拉預(yù)應(yīng)力 （3）豎向張拉法 它包括人工豎向張拉法和千斤頂豎向張拉法兩種。 圖3-13為人工豎向張拉法的示意圖。其中圖3-13a所示為豎向受緊張拉，帶鉤的收緊螺栓在穿過帶加強(qiáng)肋的鋼板后，被鉤在加固筋上（拉桿的初始形狀可以是直線的，亦可以是曲線的），當(dāng)擰動收緊螺栓的螺帽時，

4、加固筋即向下移動，使其由直變曲或增加曲度，從而建立了預(yù)應(yīng)力；圖3.13b所示為豎向頂撐張拉，圖中為固定在梁底面的鋼板，為焊接在加固筋上的下鋼板（其上焊有螺母），當(dāng)擰動頂緊螺絲時，上下鋼板的距離變大，迫使加固筋下移，從而建立了預(yù)應(yīng)力。圖3.13 人工豎向張拉預(yù)應(yīng)力筋1-原梁；2-加固筋；3-收緊螺栓；4-鋼板；B-B(a)BB5-高強(qiáng)螺栓；6-頂撐螺絲；7-上鋼板；8-下鋼板(b)1-原梁；2-加固筋；3-收緊螺栓；4-鋼板；5-高強(qiáng)螺栓；6-頂撐螺絲；7-上鋼板；8-下鋼板圖3.13 人工豎向張拉預(yù)應(yīng)力筋 圖3.14所示為用千斤頂豎向張拉屋架預(yù)應(yīng)力加固筋的裝置圖。其加固工藝為 加固筋被定位后，

5、將其兩端錨固在錨板上； 用帶鉤的張拉架將千斤頂掛在加固筋上(千斤頂?shù)亩瞬繋в行毙涡▔K)； 啟動千斤頂，將加固筋拉離支座。待張拉達(dá)到要求后，在加固筋與支座間的縫隙內(nèi)嵌入鋼墊板即可。 （4）電熱張拉法 電熱張拉法的工藝為：對加固筋通以低電壓的大電流，使加固筋發(fā)熱伸長；伸長值達(dá)到要求后切斷電流，并立即將兩端錨固。隨后，加固筋恢復(fù)到常溫而產(chǎn)生收縮變形，在加固筋中建立了預(yù)應(yīng)力。 圖3.14 千斤頂豎向張拉預(yù)應(yīng)力筋1-預(yù)應(yīng)力筋； 2-加固支座；3-張拉架； 4-千斤頂 2.預(yù)應(yīng)力筋錨固 預(yù)應(yīng)力筋的錨固方法，通常有以下幾種： （l） U形鋼板錨固 U形鋼板錨固工藝如下： 將梁端頭的混凝土保護(hù)層鑿去，并在其上

6、涂以環(huán)氧砂漿； 把與梁同寬的U形鋼板緊緊地卡在環(huán)氧砂漿上； 將加固筋焊接(如圖3.15a中A端) 或錨接（圖3.15a中B端）在U形鋼板的兩側(cè)。 （2）高強(qiáng)螺栓摩擦粘結(jié)錨固 本方法是根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)中高強(qiáng)螺栓的工作原理提出來的。其工藝為： 在原梁及鋼板上鉆出與高強(qiáng)螺栓直徑相同的孔；c)b)Aa)A1-原梁； 2-加固筋； 3-上鋼板； 4-下鋼板（棒）； 5-6-螺栓； 7-外拉式千斤頂； 8-錨接接頭； 9-高強(qiáng)螺栓圖3.15 預(yù)應(yīng)力筋錨固方法示意圖焊接；2一一1B1e)Bd)AB一2 在鋼板和原梁上各涂一層環(huán)氧砂漿或高強(qiáng)水泥砂漿后，用高強(qiáng)螺栓將鋼板緊緊地壓在原梁上，以產(chǎn)生粘結(jié)力和摩擦力； 將預(yù)應(yīng)

7、力筋錨固在與鋼板相焊接的凸緣上(如圖3-15b中B端)，或直接焊接在鋼板上（如圖3.15中A端）。 （3）焊接粘結(jié)錨固 焊接粘結(jié)錨固是把加固筋直接焊接在原鋼筋應(yīng)力較小區(qū)段上并用環(huán)氧砂漿粘結(jié)的錨固方法(如圖3.15c所示)。在鋼筋混凝土梁中，鋼筋在某區(qū)段的應(yīng)力很小，甚至為零(例如，連續(xù)梁反彎點(diǎn)處；簡支梁的端部)。這說明鋼筋強(qiáng)度沒有被充分利用，尚有潛力可挖。因此，把加固筋焊接在這些部位的原筋上，并用環(huán)氧砂漿將加固筋粘結(jié)在斜向的溝槽內(nèi)。 （4）扁擔(dān)式錨固 它是指在原梁的受壓區(qū)增設(shè)鋼板(如圖3.15a中A端)或鋼板托套(如圖3.15d中B端)，將加固筋固定在鋼板(或托套)上的一種錨固方法。施工時，應(yīng)用

8、環(huán)氧砂漿將鋼板粘固在原梁上，以防鋼板滑動。 （5）利用原預(yù)埋件錨固 若被加固的梁端有合適的預(yù)埋件，將加固筋焊接在此預(yù)埋件上，即可達(dá)到錨固的目的。 （6）套箍錨固 它是指把型鋼做成的鋼框嵌套在原梁上，并將預(yù)應(yīng)力筋錨固在鋼模上的一種錨固方法。施工時，應(yīng)除去鋼框處的混凝土保護(hù)層，并用環(huán)氧砂漿固定鋼框(如圖3.15e所示) c)b)Aa)A1-原梁； 2-加固筋； 3-上鋼板； 4-下鋼板（棒）； 5-6-螺栓； 7-外拉式千斤頂； 8-錨接接頭； 9-高強(qiáng)螺栓圖3.15 預(yù)應(yīng)力筋錨固方法示意圖焊接；2一一1B1e)Bd)AB一2 預(yù)應(yīng)力加固效應(yīng)及內(nèi)力計(jì)算 由于預(yù)應(yīng)力筋位于加固梁的體外，

9、它在原梁中所產(chǎn)生的內(nèi)力一般與荷載引起的內(nèi)力方向相反（圖3-16所示），起到了“卸荷”的作用，所以它會產(chǎn)生使加固梁撓度減小，裂縫閉合的效應(yīng)。 1.加固梁的內(nèi)力分析 圖3.16所示為下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力筋對加固梁引起的預(yù)應(yīng)力內(nèi)力。在梁段上產(chǎn)生的有效預(yù)應(yīng)力內(nèi)力為： (3.17) 在兩個支撐點(diǎn)間的梁段上，預(yù)應(yīng)力筋所產(chǎn)生的有效預(yù)應(yīng)力內(nèi)力為 cossin)sincos(111111ppppppapppxANAVXhAM (3.18) 式中 梁段上，預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力值。它等于控制應(yīng)力 減去各自梁段上的預(yù)應(yīng)力損失 （ 及 詳見后述）； 由于摩擦力的存在，使 略小于 。施工結(jié)束后，截面上所受的內(nèi)力為外荷載引起的內(nèi)力

10、（ ）與預(yù)應(yīng)力引起的內(nèi)力（ ）之差。即 (3.19)pppppbpppANVahAM22220)(21pp、21LL 、conllcon2pN1pN00VM ，ppVM，pppNNVVVMMM00圖3.16 預(yù)應(yīng)力內(nèi)力d)c)-NPVP+bhb)apL1xa)h1ahP1P- -MP- -L2L1 2.加固梁反拱與撓度計(jì)算 由于預(yù)應(yīng)力使加固梁產(chǎn)生反拱，所以預(yù)應(yīng)力加固不僅可以較有效地提高加固梁的強(qiáng)度，還可以減小撓度。在計(jì)算加固梁的撓度時，應(yīng)分別計(jì)算張拉前的撓度 ，預(yù)應(yīng)力引起的反拱 ，以及加固后在后加荷載作用下的撓度 ，然后進(jìn)行疊加。即 (3.20) (1) 的計(jì)算 在張拉前，梁上作用著未卸除的荷

11、載，它引起的撓度為 。此時，梁的剛度雖然隨卸除荷載的增多而略有提高。但是由于原梁已完成了長期變形，故在計(jì)算未卸除荷載引起的撓度時，應(yīng)取荷載長期作用下的剛度。1fpf2f12pwwww1w1w 加固前，梁的剛度與配筋率和未卸荷載的多少等因素有關(guān)，它是在某區(qū)間變化的。為方便計(jì)算，建議?。?(3.21) 對于簡支梁， 可近似按下式計(jì)算： (3.22) 式中 卸除荷載的效應(yīng)系數(shù)。即考慮到原梁雖卸除荷載，但由于混凝土的塑性和蠕變等影響，其撓度不可能全部恢復(fù)，一般可取1.1。 1(0.350.5)ccBE I1w211548MLwB (2) 的計(jì)算 在張拉預(yù)應(yīng)力的初始階段，由于梁下部裂縫的存在，反向剛度較

12、小，反向撓度發(fā)展很快。隨著預(yù)拉力的增加，裂縫逐漸閉合，剛度增大，反向撓度增長速度變慢。為了簡化計(jì)算，剛度宜取定值?？紤]到反拱計(jì)算過大會影響構(gòu)件的安全度，為此按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算反拱時，梁的剛度建議按下式計(jì)算： (3.23) (3) 的計(jì)算 加固結(jié)束后，在后加荷載作用下，梁產(chǎn)生撓度 。在計(jì)算 時，剛度可按下述方法計(jì)算。pw0.75pccBE I2w2w2w 對于預(yù)應(yīng)力筋外露的梁，加固結(jié)構(gòu)實(shí)際已變?yōu)榻M合結(jié)構(gòu)，其拉桿為預(yù)應(yīng)力筋，而原梁則如同拱結(jié)構(gòu)一樣參加工作。撓度可用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。為了簡化計(jì)算，也可以采用上述同樣方法計(jì)算撓度，建議加固梁的剛度按下式計(jì)算： (3.24) 加固梁承載力計(jì)

13、算 1.正截面承載力計(jì)算 體外預(yù)應(yīng)力加固梁的截面承載力計(jì)算采用等效外荷載法。所謂等效外荷載是指預(yù)應(yīng)力對原梁的作用可用相應(yīng)的外荷載代替，它們兩者對原梁產(chǎn)生的內(nèi)力(彎矩，剪力及軸力)是等效的。等效外荷載法是指：加固梁在承載力計(jì)算時，把預(yù)應(yīng)力作為外荷載等效地作用于原梁上，然后按原梁尺寸及原梁的配筋情況來驗(yàn)算原梁的承載力。20.75pccBBE I 為方便計(jì)算，在設(shè)計(jì)中可不必具體計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量，預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)力直接按 計(jì)算。它雖略高于張拉結(jié)束后預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力值，但是偏于安全的。 由于縱向預(yù)應(yīng)力 的存在，使原來的受彎構(gòu)件變?yōu)槠氖軌簶?gòu)件，并且它們多為大偏心受壓構(gòu)件。于是，可按規(guī)范中的大偏心受壓公式驗(yàn)

14、算加固梁的承載力。由圖3.16可得 (3.25) 式中 縱向力作用點(diǎn)至受拉鋼筋重心的距離； (3.26) 縱向力的計(jì)算偏心距； conpNcysysNf bxf Af A00()()2cyssxNef bx hf A haesiahee2ie圖3.17 預(yù)應(yīng)力筋外露梁a）M0PNb）的截面內(nèi)力c）=ieeNef Ay sxy sf Afcm 縱向力的附加偏心距； 縱向力作用點(diǎn)至截面重心距離； 偏心距增大系數(shù)； 還需指出，據(jù)最近的研究，外露筋加固梁的承載力可按無粘結(jié)筋梁計(jì)算，并且加固筋的強(qiáng)度可取為0.8 。 2.斜截面承載力計(jì)算 如上所述，預(yù)應(yīng)力筋外露的加固梁受力特征如同偏心受壓構(gòu)件，因此加固梁

15、的抗剪承載力較原梁有所提高。對于用直線預(yù)應(yīng)力筋加固的梁，其提高作用決定于預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的縱向力 。因此，這種梁斜截面抗剪承載力應(yīng)為原梁的抗剪承載力與縱向力 對梁的抗剪承載力的提高幅度之和。即 aieee0ae0epyfpNpN (3.27) 對于用元寶式預(yù)應(yīng)力筋，加固梁的抗剪承載力為 (3.28) 式中 原梁的斜截面抗剪承載力， 預(yù)應(yīng)力損失的總和。 張拉量的計(jì)算 在加固工程中，一般是利用預(yù)應(yīng)力筋的張拉量來控制張拉的應(yīng)力。在相當(dāng)一部分加固工程中，都采用人工橫向張拉法和電熱法。但是加固筋張拉量的計(jì)算，較一般預(yù)應(yīng)力梁要復(fù)雜。這不僅是因?yàn)榧庸探畹膹埨椒ㄝ^多，施工不穩(wěn)定因素多，而且還因?yàn)榧庸?/p>

16、工程的環(huán)境復(fù)雜。例如，在預(yù)應(yīng)力張拉過程中，原梁的裂縫必然產(chǎn)生閉合現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對張拉量的影響是較大的。下面介紹加固梁預(yù)應(yīng)力筋的張拉量計(jì)算公式。 0.05upVVN()sin0.05uconlppVVANuVl 1.裂縫閉合引起縮短變形的計(jì)算方法 在對加固筋施加預(yù)應(yīng)力時，原梁裂縫的閉合會引起原梁的縮短，這種縮短必然會引起加固筋張拉量的增加。通常，加固梁的裂縫較寬，因張拉預(yù)應(yīng)力而產(chǎn)生的閉合變形亦較大。這種閉合縮短變形有時會對預(yù)應(yīng)力的效果產(chǎn)生較大的影響。 原梁因施加預(yù)應(yīng)力引起的裂縫閉合變形量，為施加預(yù)應(yīng)力前后梁中原筋的變形差。梁中原筋的變形值應(yīng)等于原筋的平均應(yīng)變乘以梁的長度。若施加預(yù)應(yīng)力時原梁仍處在

17、使用階段，則可利用規(guī)范中給出的公式導(dǎo)出下列原筋在第 級荷載作用下的總變形量 的計(jì)算公式： (3.29)iSLELSssisiii 式中 預(yù)應(yīng)力加固筋的水平投影長度； 裂縫截面處原受拉鋼筋的應(yīng)力。計(jì)算公式為 (3.30a) 裂縫間鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)； 0.4 1.0 (3.30b) 原梁中受拉鋼筋的有效配筋率。 ， 此處為有效受拉混凝土面積，一般可取中心軸以下的截面面積。對于矩形截面有 LsisisiAhM087. 0siettkf65. 01 . 1etetsetAAetAbhAset5 . 0 張拉時梁的閉合縮短變形的具體計(jì)算步驟如下： (l)根據(jù)施加預(yù)應(yīng)力之前梁所承受的彎矩 ，利用式（3.

18、29）計(jì)算加固之前原鋼筋的伸長量； (2)計(jì)算由體外預(yù)應(yīng)力筋引起的預(yù)應(yīng)力內(nèi)力。其計(jì)算方法是將預(yù)應(yīng)力視作外力作用在原梁上，求其內(nèi)力； (3)求出施加預(yù)應(yīng)力結(jié)束后原梁所承受的彎矩 ，它等于荷載彎矩 與預(yù)應(yīng)力彎矩 之差，即； (4)根據(jù) ，判別梁在加固結(jié)束后的受力狀態(tài)，并計(jì)算原筋的伸長量。 如果 ，說明裂縫尚未閉合，其原筋剩余伸長量 可按式（3.29）計(jì)算 如果 ，說明裂縫接近閉合，殘余裂縫寬度甚小，為方便起見，可近似取 。 如果設(shè) ，說明裂縫已經(jīng)閉合，原筋已由受拉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌籂顟B(tài)，取 。 1M2MpMMM12pM1M2McrMM22ScrMM202S02M02S 其中 為原梁的計(jì)算開裂彎矩，其值

19、可按規(guī)范公式計(jì)算。對矩形截面，有 (5)計(jì)算梁的閉合縮短變形 。 2.千斤張拉時的張拉量計(jì)算 (l)直線筋張拉量的計(jì)算 對于預(yù)應(yīng)力直線筋，張拉量可按下式計(jì)算： (3.32)crMtkcrfbhM2235. 0S21SSSSaLELscon2 (2)元寶筋張拉量的計(jì)算 用千斤頂張拉元寶筋時，一般采用兩端張拉(如圖3.18所示)。因?yàn)橄聯(lián)吸c(diǎn)處摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失較大，若一端張拉則另一端的應(yīng)力減小較多。采用兩端張拉時，總張拉量可按下式計(jì)算： (3.33) 當(dāng)千斤頂設(shè)置在梁中間區(qū)段時，其張拉量宜按下式計(jì)算： (3.34)ShLELELsconslcon2121222SahLELELslconscon2

20、2212122圖3.18 兩端張拉元寶筋示意圖h1L1千斤頂L21L 3.橫向收緊時的張拉量計(jì)算 橫向收緊法就是在加固筋兩端被錨固的情況下，使加固筋橫向收緊，迫使其縱向伸長。這種方法較適用于截面寬度較大的梁。因?yàn)楫?dāng)截面較窄時，由于收緊量較小，不易建立較高的預(yù)應(yīng)力。當(dāng)梁截面較寬，跨度又不太大時，可采用單點(diǎn)收緊，否則采用雙點(diǎn)收緊或多點(diǎn)收緊。但收緊點(diǎn)一般不宜過多，以避免加重預(yù)應(yīng)力筋沿長度方向的應(yīng)力不均勻現(xiàn)象。 (1)雙點(diǎn)收緊直線筋 圖3.19表示雙支桿雙點(diǎn)收緊的直線預(yù)應(yīng)力筋加固梁。在收緊前預(yù)應(yīng)力筋的位置為 ，對應(yīng)筋為 。在 點(diǎn)及 點(diǎn)設(shè)置撐桿，在 點(diǎn)用U形螺絲對兩拉桿進(jìn)行收緊。收緊后筋的位置移到 筋也

21、有相應(yīng)移動。可見 間的長度為 ，水平投影長度為 。由幾何關(guān)系可得abcdefgmnec、gfedcbacb11LL)2/(31LSLLfb將上式展開，并略去高階微量 和可得：令 ，則橫向收緊量為：(3.35) 式中 橫向撐桿與其相鄰的收緊點(diǎn)之間的距離(如圖3.l9所示) 段預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長量?？砂聪率接?jì)算 (3-36a) 一 閉合縮短變形、直線段預(yù)應(yīng)力筋伸長量，和錨具變形的總和?？砂聪率接?jì)算 (3-36b)2312112)2()(LSLLLLH222321SLL、LSL3)22(3112LSLLLH0310312222LLLLLL，)(01LSLLH1L0L0L00LELsconLSaLES

22、SsconL222圖3.19 雙支桿雙點(diǎn)收緊預(yù)應(yīng)力筋LmaaL0L2L21SLL33HcbbcddLL12ngf feg 從錨固點(diǎn)至第一根撐桿間的預(yù)應(yīng)力筋長度(如圖3.19所示)； 預(yù)應(yīng)力筋兩個錨固點(diǎn)之間的原梁閉合縮短變形(可按式（3.31）計(jì)算) 錨具變形。當(dāng) 兩端為焊接時取 。 (2)單點(diǎn)收緊直線筋 圖3-20為直線預(yù)應(yīng)力筋單點(diǎn)收緊示意圖。 2LSaga、0a圖3.20 雙支桿單點(diǎn)收緊預(yù)應(yīng)力筋L +L12LL21SLaabbL02e1LL33HLL1ccdde (3)橫向收緊元寶筋 對元寶筋進(jìn)行橫向收緊時，其收緊量 仍可按式（3.35）計(jì)算，但其中 中的 表示元寶筋在中和軸以下部分的水平投

23、影長度 范圍內(nèi)的原梁閉合縮短變形，即在計(jì)算 時 應(yīng)取中和軸以下元寶筋的水平投影長度。對于單點(diǎn)收緊，式（3.36）中的 。 4.豎向張拉時的張拉量計(jì)算 (1)雙點(diǎn)豎向張拉折線筋 圖3.21所示為雙點(diǎn)張拉拆線形預(yù)應(yīng)力筋加固梁。 (2)單點(diǎn)豎向張拉折線筋 圖3.22為單點(diǎn)張拉折線形預(yù)應(yīng)力筋加固梁的示意圖。LSH LSL03LS圖3.21 雙點(diǎn)張拉折線形預(yù)應(yīng)力加固梁afdLHLL12+Lb11bL2LL21c-fHcba圖3.22 單點(diǎn)張拉折線形預(yù)應(yīng)力加固梁LL +L1111LcH-fHcf (3)豎向張拉直線筋 圖3.23為直線形預(yù)應(yīng)力筋單點(diǎn)張拉和雙點(diǎn)張拉加固梁的示意圖。 5.電熱法張拉時的張拉量計(jì)

24、算 圖3.23a 直線形預(yù)應(yīng)力筋單點(diǎn)張拉固梁示意圖LL1L +La11cfL1Hb圖3.23b 直線形預(yù)應(yīng)力筋雙點(diǎn)張拉加固梁示意圖2abLL1L2L2LbHfcL1cd 張拉控制應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力損失 為了解加固梁在張拉前后的內(nèi)力及其變化，控制加固梁在張拉加固階段的性能和效果，必須合理確定張拉控制應(yīng)力和計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失。 1張拉控制應(yīng)力取值 通常，加固梁的受拉鋼筋應(yīng)力都較高，所以在加固結(jié)束后，預(yù)應(yīng)力筋與梁中原受拉鋼筋的應(yīng)力差要較一般預(yù)應(yīng)力混凝土梁中兩種鋼筋的應(yīng)力差小得多。另外，需加固的梁撓度較大，裂縫較寬，這些都說明對加固筋施加的預(yù)應(yīng)力值越高，就可以更多地改善被加固梁的受力狀態(tài)。因此，張

25、拉控制應(yīng)力宜定得高些，但也不能定得太高。否則，有可能在超張拉過程中，個別鋼筋達(dá)到或超過其屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致發(fā)生危險(xiǎn)。建議張拉控制應(yīng)力按表3-4取用。 表3.4 允許的張拉控制應(yīng)力值conptkfptkf項(xiàng) 次鋼 筋 種 類 張拉控制應(yīng)力值1碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線 0.702冷拔低碳鋼絲、熱處理鋼筋 0.653冷拉熱軋鋼筋 0.854熱軋鋼筋 0.90ptkfptkf 2.預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算 加固梁體外預(yù)應(yīng)力筋的構(gòu)造及工藝都有別于一般預(yù)應(yīng)力混凝土梁，預(yù)應(yīng)力損失亦與一般預(yù)應(yīng)力混凝土梁有些差異。為了方便起見，下面敘述盡量采用規(guī)范中規(guī)定的符號。 (l)錨固損失 可按下式計(jì)算 (3.42) 張拉處的錨具變形

26、和鋼筋的回縮值。表3.5為規(guī)范給出的數(shù)值。 1l1lslELa1a 表3.5 錨具變形和鋼筋回縮值 對于橫向張拉時撐桿或螺栓引起的變形損失，可忽略不計(jì)。因?yàn)檫@類變形在張拉過程中出現(xiàn)，錨固前后預(yù)應(yīng)力值是不變的。項(xiàng) 次錨 具 變 形鋼筋回縮值（mm）1帶螺帽的錨具（包括鋼絲束的錐形螺桿錨具、筒式錨具等）螺帽縫隙每塊后加墊板縫隙112鋼絲束的鐓頭錨具13鋼絲束的鋼制錐形錨具54JM-12錨具 當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋為鋼筋時 當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋為鋼絞線時355單根冷拔低碳鋼絲的錐形錨具5(2)折點(diǎn)摩擦損失 當(dāng)采用下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力筋時，在下?lián)吸c(diǎn)會產(chǎn)生摩擦阻力，使下?lián)吸c(diǎn)另一端加固筋的內(nèi)力小于張拉端的內(nèi)力。即經(jīng)折點(diǎn)后，預(yù)應(yīng)力將因折

27、點(diǎn)處的摩擦而降低。摩擦損失可直接采用規(guī)范公式計(jì)算：(3.43) 支撐墊塊與滑塊之間的摩擦系數(shù)。當(dāng)墊塊與滑塊都為鋼板時，建議取 =0.25；當(dāng)加固筋直接與鋼墊板相接觸時，建議取 =0.4；當(dāng)支撐點(diǎn)處有套筒時，可取 =0.1。 (3)鋼筋松弛損失 加固筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失，可按規(guī)范規(guī)定的值取用。對冷拉熱軋鋼筋和熱處理鋼筋，可按下式計(jì)算，當(dāng)一次張拉時)1 (2econl4l(3.44)當(dāng)超張拉時 (3.45)鋼絲、鋼絞線的松弛損失按下式計(jì)算：(3.46) 式中 與張拉工藝有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。當(dāng)一次張拉時，取 =1.1，當(dāng)進(jìn)行超張拉時，取 =0.9。 預(yù)應(yīng)力筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 (4)混凝土徐變損失 由于

28、加固構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力筋只是受拉鋼筋中的一部分(甚至是小部分)，它對混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力很小，不致抵消與預(yù)應(yīng)力同時作用的外載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。因此，混凝土徐變損失 可以忽略不計(jì)。 conl05. 04conl035. 04conptkconlf)5 . 0(4 . 04ptkf5l5l 構(gòu)造要求 用預(yù)應(yīng)力法加固的混凝土梁、板結(jié)構(gòu)，應(yīng)遵循以下構(gòu)造要求。 (l)預(yù)應(yīng)力筋的直徑一般宜采用1230的鋼筋或鋼絞線束；當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力鋼絲時，直徑宜取48。 (2)用預(yù)應(yīng)力法加固板時，應(yīng)采用柔性鋼絲或鋼絞線，不宜用粗鋼筋。 (3)直線預(yù)應(yīng)力筋或下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力筋的水平段與被加固梁底面間的凈距離應(yīng)100mm以30

29、80mm為宜。 (4)張拉結(jié)束后，應(yīng)對外露的加固筋進(jìn)行防銹處理。處理的方法有噴涂水泥砂漿法和涂刷防銹漆法。 (5)采用橫向張拉法時，收緊螺栓的直徑應(yīng)16，螺帽高度應(yīng)不小于螺栓直徑的1.5倍 (6)預(yù)應(yīng)力筋的錨固應(yīng)牢固可靠，不產(chǎn)生位移。 (7)在下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力筋彎折處的原梁底面上，應(yīng)設(shè)置支承鋼墊板，其厚度應(yīng)10mm，其寬度不小于厚度的4倍，其長度應(yīng)與被加固的梁寬相等。支承鋼墊板與預(yù)應(yīng)力筋之間應(yīng)設(shè)置鋼墊棒(如圖3-24所示)或鋼墊板(如圖3-18所示)，墊棒直徑應(yīng)20mm，長度應(yīng)不小于 （ 為梁寬， 為預(yù)應(yīng)力筋直徑）。有時為減小摩擦損失，在墊棒上套一個與梁同寬的鋼筒(如圖3.24b所示)。 用預(yù)應(yīng)力

30、法加固連續(xù)板時，預(yù)應(yīng)力筋彎折點(diǎn)的位置宜設(shè)置在反彎點(diǎn)附近。這樣預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的向上托力較為顯著，能夠起到減小板跨的作用（如圖3.25所示）。 402 dbbd被加固梁墊板墊棒拉桿墊板墊棒拉桿被加固梁套筒圖預(yù)應(yīng)力筋彎折點(diǎn)的構(gòu)造預(yù)應(yīng)力法加固連續(xù)板無粘結(jié)鋼絞線圖3.25板上鑿的狹縫向上托力 鋼絞線支點(diǎn)（大梁集中力）張拉 (8)連續(xù)板預(yù)應(yīng)力筋彎折點(diǎn)的穿筋斜孔可取45o，孔的位置應(yīng)避開板內(nèi)鋼筋。從斜孔開始，應(yīng)沿預(yù)應(yīng)力筋方向分別在板面及板底鑿出狹縫，其深度主要根據(jù)對彎折點(diǎn)向上托力的大小要求而定，狹縫愈淺托力愈大，但彎折點(diǎn)處的預(yù)應(yīng)力損失亦隨之增大。 (9)連續(xù)板預(yù)應(yīng)力筋的張拉宜采用兩端張拉，以減小預(yù)應(yīng)力摩擦損失。

31、 加固設(shè)計(jì)實(shí)例 1.計(jì)算步驟 對于預(yù)應(yīng)力筋外露的加固梁，其計(jì)算步驟概括如下： 分別繪制在剩余荷載和全部荷載作用下的內(nèi)力圖。 根據(jù)總彎矩 ，先按受彎構(gòu)件核算受壓區(qū)高度值 ，再由 值求出梁跨中截面處須加固筋承擔(dān)的彎矩 ，并用估算加固筋的截面面積 。 確定張拉控制應(yīng)力，并計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失值。 以張拉控制應(yīng)力為依據(jù)，計(jì)算預(yù)應(yīng)力內(nèi)力。 將預(yù)應(yīng)力作為外力作用在原梁上，按偏心受壓構(gòu)件驗(yàn)算原梁的正截面承載力。若驗(yàn)算結(jié)果不能滿足要求，可加大預(yù)應(yīng)力筋的面積，重新計(jì)算。 驗(yàn)算梁的斜截面承載力。 進(jìn)行預(yù)應(yīng)力效應(yīng)計(jì)算和張拉量計(jì)算。MxxMpA 2.計(jì)算實(shí)例 例例3-5 已知某鋼廠設(shè)備平臺大梁，計(jì)算跨度為9m

32、，承受均布恒載19.7 ，均布活載14 ，在跨中承受設(shè)備荷重26 （如圖3-26所示）?，F(xiàn)需改換設(shè)備，跨中荷重增加至96 。試對此梁進(jìn)行加固（以上荷重均為設(shè)計(jì)荷載值）。 70kN26kN700圖3.26 某平臺梁荷載及截面圖20019.7kN/m14kN/m6226200400100mkN /mkN /kNkN 解（1）原梁的條件 受拉主筋為622，As=2281mm2， =300N/mm2 混凝土C25， =11.9N/mm2截面形心至下邊緣的距離 =387.5mm。 截面慣性矩 =3.675109mm4 （1.01010mm4） （2）加固方法 采用豎向頂撐法進(jìn)行加固（如圖3-27所示）,

33、預(yù)應(yīng)力筋的兩端U形鋼板進(jìn)行錨固。為防止其下滑，在U鋼板的端部用4個膨脹螺栓加以固定。張拉方法為豎向千斤頂頂撐法。待頂撐到位后，在支撐點(diǎn)和預(yù)應(yīng)力筋之間墊以鋼板，并用點(diǎn)焊固定，預(yù)應(yīng)力筋是裸露工作的。yfcf0I0y （3）內(nèi)力計(jì)算 在加固時，梁上僅有均布恒載作用，產(chǎn)生的彎矩為： 在全部荷載作用下 )(46.19997 .198120mkNM)(2 .557996419)147 .19(812maxmkNM)(65.19996219)147 .19(21maxkNV圖3.27 平臺梁加固示意圖150055001500 （4）求需預(yù)應(yīng)力筋承擔(dān)的彎矩 補(bǔ)強(qiáng)拉桿采用冷拉級鋼 ， 。判別T形梁的類別 由計(jì)算

34、表明，此梁屬第二類T形梁。 求受壓區(qū)高度 ：xM01100()1.0 11.9 400 100 (640)22fcffhf b hh2=360N/mmpyf66280.8 10 ()557.2 10 ()N mmMN mm0202(11)cMxhf bh621002 557.2 10400200100 11.9 (640)2640 (11)1.0 11.9 200 640 求受壓區(qū)的形心至上邊緣的距離： 從而有 640 (1 0.381)396()mm0100396(400200) 100200 39622(400200) 100200 396y115.5()mmmax00()syMMA fh

35、y66557.2 102281 300 (640 115.5)198.3 10 ()N mm（5）估算預(yù)應(yīng)力筋的截面積取322，AP=1140mm2 （6）確定張拉控制應(yīng)力，并計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失值。 根據(jù)表3-4，控制應(yīng)力可取為預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算，由于預(yù)應(yīng)力筋采用焊接錨固，故 預(yù)應(yīng)力筋的初始狀態(tài)為直線，豎向張拉量很少，故取 應(yīng)力松弛引起的損失為 60198.3 10()360 (700 15 115.5)ppypMAfhay2918.8()mm20.750.75 400300(/)conpykfN mm10l20l40.0515lconMPa （7）預(yù)應(yīng)力內(nèi)力及其效應(yīng)計(jì)算 對于預(yù)應(yīng)力筋裸露工作加固梁

36、，其截面強(qiáng)度應(yīng)按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算。 （2）以 為依據(jù)，計(jì)算預(yù)應(yīng)力內(nèi)力 （8）按偏心受壓構(gòu)件驗(yàn)算原梁的正截面承載力。 作用在梁上的外彎矩M為： con5300 11403.42 10 ()pconpNAN50()3.42 10 (387.5 15)pppMNya6137.7 10 ()N mmmax557.2 137.7419.5()pMMMkN m6005419.5 101227()0.33.42 10MemmhN 則 ， 取 ， 先按大偏心受壓驗(yàn)算。由式（3-25）試算x值（不考慮受壓構(gòu)造筋）， 說明中和軸通過肋部，需重新計(jì)算x： （屬大偏心受壓） 20ae 01247iaeeemm10

37、12470.3ieh53.42 102281 300215.610011.9 400pysiciNf Axhf b5()3.42 102281 300 11.9 (400200) 10011.9 200pysciicNf Af bb hxf b0331.2()0.55 640352()bmmhmm01247387.5601574.5()iseeyamm563.42 101574.5538.5 10 ()NeN mm00()() ()22icciihxf bx hf bb h h215.610011.9 200 215.6 (640)11.9 (400200) 100 (640)2266413.

38、5 10 ()538.5 10 ()N mmNeN mm 計(jì)算說明，取 ： 不能滿足承載力要求。應(yīng)加大預(yù)應(yīng)力鋼筋面積，重新計(jì)算。 （9）斜截面承載力驗(yàn)算 復(fù)核截面尺寸 （截面滿足要求） 驗(yàn)算加固梁的斜截面承載力 彎筋122。按式（3-27）進(jìn)行驗(yàn)算。2760pAmm00.250.25 1.0 11.9 200 640ccf bh33max380.8 10 ()199.7 10 ()NVN6200 原梁抗剪承載力 為 計(jì)算說明僅靠原梁的截面尺寸及配筋，即可滿足增荷后的斜截面抗剪承載力。 （10）加固梁的撓度計(jì)算和張拉量的計(jì)算 在張拉預(yù)應(yīng)力筋時，梁的撓度 以及由預(yù)應(yīng)力引起的反拱 的計(jì)算： uV00

39、sinsvutysbyAVf bhfhA fs28.3 20.7 1.27 200 640 1.25 210640 0.8 300 0.707 380.12005max2.26 10 ()NV1fpf449204422102.80 103.675 1010.3 1(2.80 101028 100)cE IN mmkmkNN m 在張拉預(yù)應(yīng)力筋時，梁的殘余撓度可由式3-10a求出： 預(yù)應(yīng)力引起的反拱 為：22014220141155199.46 91.10.036( )55199.46 91.10.013( )48448480.5 1080.5 28 10.3 10M Lfm

40、BM LfmBpf222424137.7 90.012( )137.7 90.004( )11212 0.75 10212 0.75.280013 1ppppppM LfmBBM Lfm 在后加荷載作用下梁的撓度 為： 因此，加固梁的最后撓度為 ： （不滿足要求） （滿足要求） （11）頂撐量的計(jì)算 本題為水平筋雙點(diǎn)頂撐。豎向頂撐量 可由式（3-39）求得。2f22222222442255 (557.2 199.46) 90.0391( )48480.75 10.3 1055 (557.2 199.46) 90.014( )48480.75 28 10M LfmM LmBBf0.0360.01

41、20.0390.0630.03300Lf 0.0130.0040.0140.0230.03300Lf H 由于頂撐點(diǎn)較靠近端部，近似取 ，由圖3-27可得11consHfL LfLLE0f 530015008500196()2.0 10Hmm圖3.28 某屋面梁荷載及截面圖70303707200670025016.4kN/m10010015.0kN/m37032262006040600110U形螺栓圖3.29 屋面梁加固示意圖900原梁高強(qiáng)螺栓撐桿9006003000預(yù)應(yīng)力筋600380例3-5某車間工作平臺大梁為T形截面，尺寸如圖4-61所示，計(jì)算跨度為8m，承受荷載為14.2/,9.8/kkGkNm QkNm測得混凝土強(qiáng)度等級為C28，底部配220+222筋，箍筋為6200,因改變工藝需要，在該梁跨中增設(shè)一臺48kN的設(shè)