體外預(yù)應(yīng)力在混凝土結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

胡曉倩 韋成明

預(yù)應(yīng)力加固法是采用外加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿(分水平拉桿、下?lián)问嚼瓧U和組合式拉桿三種)或撐桿對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的方法[1]。適用于要求提高承載力、剛度、抗裂性及加固后占用空間小的混凝土承重結(jié)構(gòu)。此法不宜用于溫度高于60℃環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu),否則應(yīng)采用防護(hù)處理,也不適用于收縮徐變大的混凝土結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)是占用建筑空間小,施工周期較短,但施工技術(shù)要求高,連接構(gòu)造復(fù)雜,施工時(shí)存在側(cè)向穩(wěn)定及耐久性問題。

1 工程背景資料

框架梁截面為250 mm×600 mm,配置有4B12的HRB級受拉鋼筋,2B12的受壓鋼筋,屈服強(qiáng)度為310 MPa。應(yīng)業(yè)主建設(shè)單位的要求對該工程圖紙進(jìn)行復(fù)核,對受損構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測,并根據(jù)具體情況對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

根據(jù)對該建筑混凝土結(jié)構(gòu)的檢測和復(fù)核及現(xiàn)場檢測結(jié)果,需要解決以下兩個(gè)問題:1)滿足增加荷載后的使用要求,則需要補(bǔ)充受拉鋼筋;2)減小梁的撓度和裂縫寬度。經(jīng)過對幾個(gè)方案對比后,采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)對該梁進(jìn)行修復(fù)加固。

某中型商用辦公樓建筑面積4 800 m2,層高4.2 m,辦公部分層高 3.3 m,6層框架結(jié)構(gòu),建成于2007年。C30混凝土,由于施工不慎,建成后一跨度為7.2 m的框架梁多處出現(xiàn)可見裂縫,原

2 體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土結(jié)構(gòu)主要技術(shù)工藝

體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)除了計(jì)算之外,施工時(shí)也需要注意多方面的問題,就本工程而言施工主要按照以下順序進(jìn)行:

定位放線→梁頂處轉(zhuǎn)向塊樓板開洞→植化學(xué)螺栓→安裝張拉端→預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向塊→預(yù)應(yīng)力筋下料→預(yù)應(yīng)力筋安裝→錨具安裝→試?yán)桓骸A(yù)應(yīng)力筋張拉→割筋→封錨。

2.1 加固基本原則

1)加固工程的實(shí)施過程中盡量不影響結(jié)構(gòu)物的正常使用;2)加固工程不應(yīng)使既有結(jié)構(gòu)局部受損或變形過大;3)體外預(yù)應(yīng)力加固體系應(yīng)作為結(jié)構(gòu)的永久部分考慮;4)原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級不宜低于C30;5)加固后的結(jié)構(gòu)除應(yīng)滿足使用狀態(tài)的要求外,還應(yīng)進(jìn)行極限承載力的校核,盡量防止結(jié)構(gòu)發(fā)生超筋破壞,同時(shí)保證極限狀態(tài)下體外預(yù)應(yīng)力筋有足夠的錨固強(qiáng)度;6)為滿足上述要求,加固的設(shè)備和方法一般包括轉(zhuǎn)向裝置、預(yù)應(yīng)力筋張拉、預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固等。

2.2 轉(zhuǎn)向裝置設(shè)置

在下?lián)问筋A(yù)應(yīng)力筋彎折處的原梁底面上(如圖1所示),應(yīng)設(shè)置支撐鋼墊板,其厚度不小于10 mm,其寬度宜與被加固梁寬度相等,其梁跨度方向的長度不應(yīng)小于板厚的5倍。支撐鋼墊板與預(yù)應(yīng)力筋之間應(yīng)設(shè)置鋼墊棒或鋼墊板,墊棒的直徑不應(yīng)小于20 mm,長度應(yīng)不小于b+2d+40(b為梁寬,d為預(yù)應(yīng)力筋直徑)。有時(shí)為減小摩擦損失,在墊棒上套一個(gè)與梁同寬的鋼筒。鋼墊板宜用化學(xué)錨栓固定在原梁上,鋼筋棒可用點(diǎn)焊固定位置。

2.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉工藝

本工程案例采用千斤頂豎向張拉屋架預(yù)應(yīng)力加固筋的裝置。其加固工藝為:加固筋被定位后,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;電熱張拉法對加固鋼筋通以低電壓的大電流,使加固鋼筋發(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;隨后加固鋼筋恢復(fù)到常溫而產(chǎn)生收縮變形,從而在加固鋼筋中建立了預(yù)應(yīng)力。

2.4 預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固工藝

首先在原梁及鋼板上鉆出與高強(qiáng)度螺栓直徑相同的孔,然后在鋼板和原梁上各涂一層環(huán)氧砂漿或高強(qiáng)度水泥砂漿,因?yàn)楦邚?qiáng)度螺栓將鋼板緊緊壓在原梁上,已產(chǎn)生粘結(jié)力和摩擦力,最后將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在與鋼板相焊接的凸緣上,或直接焊接在鋼板上;焊接粘結(jié)錨固就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[3];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,把加固筋焊接在原筋的這些部位上,并用環(huán)氧砂漿將加固筋粘結(jié)在斜向溝槽內(nèi)。

3 加固施工質(zhì)量控制策略探討

預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制采用兩端同時(shí)張拉的方式,針對本工程的特殊性,張拉過程中注意了兩個(gè)問題,即防止鋼加工件變形和消除摩擦損失過大,因此,建議采用分級張拉,張拉采用應(yīng)力控制、應(yīng)變校核。

因體外預(yù)應(yīng)力施工的特點(diǎn),體外預(yù)應(yīng)力筋需要圍繞樓面結(jié)構(gòu)上下穿索,同時(shí)1 860 MPa級鋼絞線很硬、剛度非常大,給穿索帶來較大困難,原設(shè)計(jì)梁頂轉(zhuǎn)向塊處樓板開100 mm×100 mm方洞,在實(shí)際穿索中方洞太小鋼絞線無法穿越,建議改為100 mm×400 mm方洞,方可解決問題。

張拉端及預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向塊這些鋼加工件是否變形是決定預(yù)應(yīng)力能否建立的關(guān)鍵,可以在張拉端、預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)向塊設(shè)計(jì)中加強(qiáng)抗剪件的作用,并保持其有足夠剛度,加強(qiáng)對化學(xué)螺栓進(jìn)行抗剪計(jì)算,以此作為變形控制的基礎(chǔ)。

體外預(yù)應(yīng)力筋施工后需埋入樓面找平層內(nèi),由于預(yù)應(yīng)力筋過高則導(dǎo)致找平層過厚,樓面的恒載也就會增加,從而影響安全。所以筆者建議在張拉端、轉(zhuǎn)向塊安裝前應(yīng)對樓板進(jìn)行找平,將過高處混凝土鑿掉,以保證預(yù)應(yīng)力筋與樓面有相對合適的高度。

對于跨梁長度已達(dá)60 m以上的結(jié)構(gòu),由于其計(jì)算摩擦損失較大(達(dá)到40%),施工中可以在梁頂、梁底的轉(zhuǎn)向塊位置設(shè)置定位槽,從而以控制預(yù)應(yīng)力筋的偏擺,減小摩擦損失。

化學(xué)螺栓安裝:由于采用后錨固的施工技術(shù),需用鋼筋保護(hù)層測距儀對擬植入構(gòu)件進(jìn)行鋼筋探測,在擬植入?yún)^(qū)域標(biāo)出鋼筋位置,以防止把鋼筋打斷。

伸縮縫處張拉端處理:預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置在同一方向,在先完成伸縮縫柱子一側(cè)的張拉后進(jìn)行伸縮縫另一側(cè)柱子張拉,如果千斤頂?shù)奈恢貌粔?導(dǎo)致放不進(jìn)去,可以使用特別加工的1節(jié)過渡套管解決張拉問題。

4 結(jié)語

采用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)進(jìn)行加固效果理想,梁的最大撓度較未加固梁明顯減小,即結(jié)構(gòu)在彎曲破壞之前,延性顯著增加。由于梁底裂縫受到體外預(yù)應(yīng)力的限制,增加了截面剛度,下部鋼筋的最大應(yīng)力也明顯的減小。從另一方面看,在撓度相同的情況下,結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的外力也是明顯增加的。本工程案例應(yīng)用結(jié)果表明,運(yùn)用體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù),不僅較大幅度的提高了其承載能力,而且明顯地改善了結(jié)構(gòu)的使用性能。

[1] 余天慶,徐金華,劉耀東.體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的研究[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009(1):9-11.

[2] 盧召紅,于偉剛,楊東財(cái),等.體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土梁使用性能[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào),2009(2):7.

[3] 宮廣娟,崔廣龍,梁存之.體外預(yù)應(yīng)力在鋼筋混凝土梁中的加固設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2009,35(24):81-82.

[4] 王慧敏.體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的性能研究[J].山西建筑,2008,34(22):72-73.