预应力钢筋丝+聚合物砂浆加固技术
1)技术原理
预应力钢筋丝+聚合物砂浆加固技术通过对小直径的高强钢丝绳施加预应力,并将预应力钢丝绳与结构内部已有纵筋(或预埋的化学螺栓)在两端锚固于一体,从而实现受弯构件底部受纤维的加强。整个加固系统包括预应力钢丝绳、挤压锚头、端部锚具和反力支点。加固系统设置在待加固混凝土构件的底部,预应力钢丝绳通过两端安装的挤压锚头嵌置于两端的端部锚具内,反力支点设置于待加固混凝土构件底面与钢丝绳之间。端部锚具采用纵筋焊接法或化学螺栓法实现固定,聚合物砂浆设置在预应力钢丝绳的底部,并覆盖整个的加固系统。
2)特点及适用条件
(1)适用于板梁及下缘较宽的梁体,如简支小箱梁、宽幅T梁等。
(2)对低强度混凝土也能进行加固。 (3)耐腐蚀、防火性能好。
(4)能够避免发生黏结破坏等脆性破坏或无法估计承载力的破坏,而是发生受压区混凝土压坏和钢筋屈服、加固材料拉伸断裂的延性破坏,对承载力可以估计得非常准确。
(5)多道防线保证其抗疲劳性能、材料老化、荷载增加、板梁损坏等原因导致的原有结构承载力不足的加固,尤其适用于已有损伤、无法卸载的结构加固,比现有其他加固方法更有优势。
3)附加影响
(1)采用化学螺栓法固定端部锚具时需埋置锚具,对原有结构产生一定损伤。
(2)加固增加厚度小,基本不影响原结构的净空。
(3)对元混凝土强度无限制,对环境条件无特别要求,可应用于高温等特殊环境。
4)材料要求
预应力钢丝绳抗拉强度标准值和设计值见表。
预应力钢丝绳抗拉强度标准值和设计值
锚固砂浆性能指标
5)力学特点
(1)预应力钢丝绳、混合物砂浆加固技术队构件刚度和承载力的提高要比常规加固方法好很多,尤其对开裂荷载有着较大幅度的提高,可达到260%以上。
(2)加固后的钢筋混凝土构件发生钢筋屈服、预应力钢丝绳拉
伸断裂的延性破坏,具有其他加固方法所没有的延性,其承载力估算容易。
(3)由于预应力作用的效果,减小开裂截面的裂缝高度,可有效增加开裂截面换算截面的截面刚度,减小加固构件的挠度。
6)构造措施
(1)采用纵筋焊接法时,端部槽口的开凿宽度取10cm左右,深度以暴露出待加固混凝土受弯构件内部的已配纵筋并能牢固焊接端部锚具为宜,一般为底部混凝土保护层厚度。
(2)预应力钢丝绳的布置间距应大于等于所用锚头直径,建议不小于8mm,层数可设置1~2层。
(3)端部锚具的具体结构需根据钢丝绳所承担的拉力荷载进行设定,厚度20~30mm,不宜过大,宽度30~50mm,开槽深度大于等于锚头挤压后的半径。
(4)预应力钢丝绳的端部锚头由挤压模具、挤压机械对其进行强力挤压,使挤压锚头和钢丝绳形成一体。挤压力大小通过试验确定,以锚头完全挤压密实、无飞边等现象为度。如对于直径3mm的预应力钢丝绳,其锚头的挤压力为100~140kN。
(5)采用化学螺栓法固定端部锚具时,化学螺栓的最小间距不小于50mm,设置数量按照等强原则按我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)相关规定计算。
(6)采用焊接纵筋法端部锚具时,灌注锚固砂浆宜采用一级环氧砂浆,其强度至少比待加固桥梁混凝土等级提高一级。
(7)施工控制量应该采用的施加预应力方法计算。若采用千斤顶张拉,可按张拉力σconAp,e控制;若按伸长率控制,伸长率中应计入裂缝闭合的影响。
(8)预应力钢丝绳张拉顺序不应使构件产生扭转、侧弯,宜采用对称张拉的原则。
7)施工顺序
预应力钢丝绳+聚合物砂浆加固技术,根据其端部锚具固定的方式不同,可采用纵筋焊接法或化学螺栓法。一下主要以纵筋焊接法说明该技术的实现工艺,工艺流程如图所示。
(1)受弯构件端部开槽
沿宽度方向凿出约100mm宽槽口,暴露出构件内部纵筋。 (2)锚具制作及固定
把开有槽道的锚具与纵筋焊接成一整体或者采用化学螺栓等其他方法固定锚具。
(3)槽口灌注锚固砂浆
槽口灌注高性能砂浆共同锚固锚具。 (4)反力点的设置
为保证钢丝绳张拉后与混凝土梁完全密实接触,在梁底合适位置设置反力点。
(5)钢丝绳下料与挤压锚头制作
根据设计的张拉控制应力确定钢丝绳下料长度。下料后用专门设计的机具挤压铝合金套筒使其与钢丝绳成为一体。挤压锚头及其挤压原理与锚固效果如图所示。
(6)钢丝绳张拉与锚固
一侧的钢丝绳直接卡在锚具侧面,另一侧由专门设计的张拉器进行张拉,钢丝绳伸长并使挤压锚头超过锚具时进行锚固。
(7)聚合物砂浆防护
在钢丝绳外侧涂刷砂浆,不仅可以防护钢丝绳,而且砂浆共同参与锚固钢丝绳受力,减轻锚具压力,减少预应力钢丝绳的松弛等。
采用化学螺栓法固定端部锚具时,通过在待加固混凝土受弯构件的底部两端埋置化学螺栓,分别锚固一块钢板,继而将端部锚具焊接于锚固钢板底部,实现预应力高强钢丝绳中拉力的传递,其他工艺同焊接纵筋法。