CN101922238A - 预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统 - Google Patents

Abstract

预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统，包括由钢绞线、钢板锚固件和将其锚固在混凝土受弯构件上的锚栓、连接钢板或连接件、对钢绞线施加预应力用的螺栓和螺母组成的连接系统和由钢绞线及改变钢绞线走线方向的转向件组成的转向系统。本发明中钢绞线通过转向件转向和限位，减少了张拉端的数量，使钢绞线的张拉程序简化，提高施工效率，缩短工期。本发明具有可充分发挥钢绞线抗拉强度高的特性，提高加固混凝土受弯构件的承载力、刚度、耗能能力、延性和耐久性，提高施工效率，缩短工期，施工工艺简单易行，成本低廉，施工操作空间小，便于现场施工的优点。

Description

预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统

技术领域

本发明是一种预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统，用于加固钢筋混凝土梁、板等受弯构件，属于建筑加固技术领域。

技术背景

目前我国许多建筑物、桥梁等进入维修、加固期，也有大量的建筑为适应我国社会、经济、文化等迅速发展的要求需要改造和加固，尤其是汶川地震后全国各地的许多建筑要进行抗震加固，因此迫切需要高效的加固方法。

传统的混凝土结构加固方法包括：加大截面、粘钢、粘贴纤维复合材料、钢丝网、体外预应力等加固方法，存在施工复杂、劳动强度大、对结构有损伤、成本高等缺陷，加固后的结构往往发生粘结破坏，不能充分利用加固材料的高性能。

非预应力钢绞线加固技术存在明显的应变滞后现象，不能充分发挥加固材料的高强性能，加固后的结构往往发生粘结破坏，而且由于粘结破坏影响因素多，建立的计算模型复杂，不便于结构加固设计计算，这制约了高强钢绞线在加固领域的推广应用。

预应力钢绞线加固技术综合了体外预应力加固技术、高强钢绞线加固技术的优点，是一项新型的加固技术，能充分发挥钢绞线的高强特性，不发生粘结破坏，显著提高结构的刚度和承载力，对增加结构自重影响很小、改善结构的延性，施工工艺简便，施工期间不影响建筑的使用，可基于预应力混凝土基本理论建立简明适用的计算模型，应用于加固设计和施工实践。已有的试验研究证明预应力钢绞线加固技术可显著提高混凝土受弯构件的初裂荷载、屈服荷载、极限荷载，能有效抑制构件变形、约束裂缝的发展，闭合原有裂缝，改善使用阶段的受力性能。

总之，预应力钢绞线加固方法有如下优点：(1)解决钢绞线应变滞后的问题；(2)可通过预应力的大小，控制混凝土截面的应力状态，使构件在使用荷载作用下不裂或有效限制裂缝宽度；(3)通过预应力的大小，控制裂缝性能，使已有裂缝封闭，改善变形性能，提高抗震性能和耐久性；(4)充分发挥钢绞线的高强性能；(5)预应力可以有效降低钢筋的应力循环幅度，增加构件的疲劳寿命。

混凝土受弯构件作为混凝土结构的最重要的构件之一，对其实施主动约束加固，可显著提高加固效果。由于预应力钢绞线加固方法有以上诸多优点，可以将其应用到对混凝土受弯构件的加固中。但是，预应力钢绞线加固混凝土受弯构件需要解决钢绞线的张拉和锚固问题。因此，研究预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的张拉和锚固系统具有非常重要的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有混凝土加固方法的上述缺陷，提供了一种预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统，该张拉锚固系统通过锚固装置将钢绞线锚固在混凝土受弯构件上，并通过松紧螺母对钢绞线施加预应力和调节预应力大小，提高加固构件的承载力、刚度、耗能能力、延性和耐久性。钢绞线通过转向件转向和限位，减少了张拉端的数量，使钢绞线的张拉程序简化，提高施工效率，缩短工期。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：包括由钢绞线、钢板锚固件和将其锚固在混凝土受弯构件上的锚栓、连接钢板或连接件、对钢绞线施加预应力用的螺栓和螺母组成的连接系统和由钢绞线及改变钢绞线走线方向的转向件组成的转向系统。其中：钢绞线的一端锚固在构件底部或侧面并靠近其端部位置的钢板锚固件或连接钢板上，然后将钢绞线引至构件的另一端有转向件的位置，利用该处的转向件使钢绞线转向和限位后返回起始端，起始端可另布置向件实现钢绞线的再次转向和限位，并可以此方式重复布置转向件以调整钢绞线的转向次数直至达到设计的布线要求，最后将钢绞线的另一端布置在连接钢板或连接件上。连接钢板或连接件通过螺栓和螺母固定在构件端底部或侧面的张拉端钢板锚固件上，通过螺母在螺栓上的松紧，实现对钢绞线预应力大小的控制。

在设计时尽可能使各钢绞线沿构件长度方向平行和/或对称布置，以提高钢绞线加固混凝土受弯构件的效果。

每个张拉端施加的预应力钢绞线跨越两块钢板锚固件次数、转向件的数量、线路的布置方式和连接系统的选取，可根据施工方案灵活确定。

转向件可焊接为钢板锚固件的一部分，也可独立锚固在构件上。当靠近构件某端处转向件较少时(一般不大于3个)，宜选择独立锚固的方法，当转向件较多时，适合将转向件焊接在钢板锚固件上以节省钢材和方便施工。

为避免钢绞线的应力应变不均匀分布，改变单条钢绞线走向的转向件数量一般不宜超过4个。如果一条钢绞线不能满足跨越两块钢板锚固件次数的要求，可以通过在沿构件宽度方向增设钢绞线和增设相应的锚固系统和转向系统的方式来满足要求。

钢板锚固件的长度可以根据施工方案灵活确定，当布置在受弯构件底部时，不应大于构件底部宽度，当沿构件侧面布置时，应布置在构件的受拉区且钢板锚固件长度不超过构件的受拉区高度。如果钢板锚固件较薄，施加的张拉力大，可以在钢板锚固件上的钢绞线锚固点附近增设翼缘和加劲肋增加其在张拉方向的刚度。

为保证锚固系统受力、变形的可靠性，宜选用化学锚栓。

所述的钢绞线可用钢丝绳或钢丝代替。

本发明中的锚固系统在加固混凝土构件中具有以下优点：

1)该锚固系统可以充分发挥钢绞线抗拉强度高的特性，提高加固混凝土受弯构件的承载力、刚度、耗能能力、延性和耐久性；

2)该锚固系统可以对钢绞线施加预应力，预应力水平能达到极限抗拉强度的75％以上；

3)该锚固系统通过转向件，减少张拉端的数量，使钢绞线的张拉程序简化，提高施工效率，缩短工期；

4)此锚具和张拉系统可以实现对于混凝土受弯构件的主动约束，施加预应力；

5)可以通过调整螺母在螺栓上的松紧控制钢绞线预应力大小；

6)施工工艺简单易行，成本低廉，施工操作空间小，便于现场施工。

附图说明

图1为带连接钢板的锚固系统布置在混凝土受弯构件底部的正面示意图；

图2为带连接钢板的锚固系统连接端侧剖切面示意图；

图3为钢板锚固件侧面示意图；

图4为转向件焊接在钢板锚固件上的侧剖切面示意图；

图5为带一个连接件的锚固系统布置在混凝土受弯构件底部的正面示意图；

图6为带连接件的锚固系统连接端侧剖切面示意图；

图7为连接件正面示意图；

图8为用于直接锚固在混凝土受弯构件上的转向件侧面示意图；

图9为带两个连接件的锚固系统布置在混凝土受弯构件底部的正面示意图；

图中：1、钢绞线，2、钢筋混凝土梁，3(a，b)、钢板锚固件，4(a，b)、锚栓，5、钢绞线锚具，6a、连接钢板，6b、连接件，7、螺栓，8、螺母，9(a，b)、转向件，10、砂浆，a1、钢板锚固件长肢，a2、钢板锚固件短肢，b1、转向件突缘，b2、焊条。

具体实施方式

实施例一

本实施例中首先将钢绞线1锚固在钢筋混凝土梁2底部靠近梁端的位置，再将钢绞线1进行合理布置，最后对钢绞线1进行锚固和张拉。本实施例如图1～图4所示。

首先在将两块钢板锚固件3a和3b分别通过锚栓4a和4b固定在钢筋混凝土梁2底部靠近梁两端的位置。将钢绞线1的两端均通过现有的钢绞线锚具5(选择合适的锚具，保证能在预应力作用下能有效锚固即可)固定在连接钢板6a上，然后将钢绞线1按图1所示进行布线。用螺栓7将连接钢板6a和其中一块钢板锚固件3a连接，通过松紧螺母8对钢绞线1施加预应力和调节预应力大小，其具体结构如图2所示。

本实施例中选用的与螺栓连接的钢板锚固件3a沿梁宽度方向长250mm，其侧面尺寸如图3所示，横截面长肢a1长70mm、厚5mm，短肢a2长25mm、厚10mm，短肢a2沿梁宽度方向长60mm，长肢a1上设锚栓4a的锚孔，短肢a2上设螺栓7的螺栓孔，布置在钢板锚固件3a沿梁宽度方向的中心位置，以避免阻碍钢绞线1的走线；另外一端的钢板锚固件3b的长肢a1上设锚栓4b的锚孔，除没有短肢外，其它尺寸与钢板锚固件3a相同。分别用两个锚栓4a和4b将它们锚固在梁上，锚栓4a和4b按梁的锚固要求选用。

钢绞线1的直径为4.5mm，将两端均端穿过连接钢板6a的锚孔并利用钢绞线锚具5固定在该连接钢板6a上，并按图1所示以环绕转向件9的方式进行布线。本实施例中选用了1条钢绞线1。由图1可知，采用该走线方式可使钢绞线1产生自平衡效果，保证钢绞线1的两个端点在同一起始点开始受力张拉。

连接钢板6a为一钢板，其厚度为10mm，高度为20mm，长度为80mm，共有钢绞线锚孔2个，螺栓孔1个。连接钢板6a的螺栓孔布置在连接钢板6a长度方向和高度方向的中心位置；钢绞线锚孔沿高度方向布置在连接钢板6a的中心位置，沿连接钢板6a的长度方向对称布置在其螺栓孔的两侧，与螺栓孔间距20mm。将连接钢板6a面对张拉端的钢板锚固件3a布置，并将直径为8mm、长度60mm的螺栓7穿过连接钢板6a与张拉端的钢板锚固件3b的螺栓孔，拧紧螺母8对钢绞线1进行张拉。通过松紧螺母8对钢绞线1的预应力大小进行调节，当达到设计应力水平后，停止调节螺母8。张拉完成后在梁上压抹或喷涂25mm厚砂浆10保证预应力钢绞线1与钢筋混凝土梁2的整体性，并可保护预应力钢绞线1。本实施例中的钢绞线也可以用钢丝绳或钢丝代替。

为保证张拉顺利，需要设计和严格控制好螺栓7和钢绞线1的长度，保证所有钢绞线1在同一起始点开始受力张拉，以保证对每根钢绞线施加的预应力相等。在螺母8拧紧的过程中，当感到螺母8开始受阻时，定此点为张拉的起始点，待螺母8行进距离达到要求距离后停止张拉。

本实施例采用的是焊接在钢板锚固件3上的转向件9a，如图4所示。转向件9a高度15mm，沿高度的中间位置有一直径为5mm的环形凹槽用于保证钢绞线1在张拉时在转向件9a的高度方向不产生位移。另外转向件9a的b1位置有一突缘，用于防止在布线过程中钢绞线从转向件9a上脱落。转向件9a所用焊条厚度b2为3mm。

实施例二

本实施例如图3、图5～图8所示。

首先将非张拉端的钢板锚固件3a和张拉端的钢板锚固件3b分别通过锚栓4a和4b固定在钢筋混凝土梁2底部靠近梁两端的位置。将钢绞线1的一端通过现有的钢绞线锚具5(选择合适的锚具，保证能在预应力作用下能有效锚固即可)固定在非张拉端的钢板锚固件3a上。然后将钢绞线1的另一端用钢绞线锚具5固定在连接件6b上，然后将钢绞线1按图5所示进行布线。用螺栓7将连接件6b和张拉端的钢板锚固件3b连接，通过松紧螺母8对钢绞线1施加预应力和调节预应力大小，其具体结构如图6所示。

本实施例中选用的非张拉端的钢板锚固件3a和张拉端的钢板锚固件3b的尺寸相同，沿梁宽度方向长80mm，其侧面尺寸如图3所示，横截面长肢a1长80mm、厚5mm，短肢a2长25mm、厚10mm，长肢a1上分别设锚栓4a和4b的锚孔，非张拉端钢板锚固件3a的短肢a2上设钢绞线1的锚孔，张拉端钢板锚固件3b的短肢a2上设螺栓7的螺栓孔。分别用两个锚栓4a和4b将它们锚固在梁上，锚栓4a和4b按梁的锚固要求选用。

钢绞线1的直径为4.5mm，将张拉端钢绞线穿过连接件6b的锚孔并利用钢绞线锚具5固定在该连接件6b上，然后按图5所示以环绕转向件9的方式进行布线。本实施例中选用了1条钢绞线1。

钢板锚固件3a、3b上的螺栓孔布置在钢板锚固件3a、3b长度方向和高度方向的中心位置。连接件6b为一中空钢块，如图7所示，钢块长40mm，宽25mm，高20mm，中间的矩形孔洞长20mm，宽15mm，连接件6b两端的中心位置分别布置有一螺栓孔和一钢绞线锚孔。将连接件6b面对张拉端钢板锚固件3b布置，并将直径为8mm、长度60mm的螺栓7穿过连接件6b与张拉端的钢板锚固件3b的螺栓孔，拧紧螺母8对钢绞线1进行张拉。通过松紧螺母8对钢绞线1的预应力大小进行调节，当达到设计应力水平后，停止调节螺母8。张拉完成后在梁上压抹或喷涂25mm厚砂浆10保证预应力钢绞线1与钢筋混凝土梁2的整体性，并可保护预应力钢绞线1。本实施例中的钢绞线也可以用钢丝绳或钢丝代替。

为保证张拉顺利，需要设计和控制好螺栓7和钢绞线1的长度。在螺母8拧紧的过程中，当感到螺母8开始受阻时，定此点为张拉的起始点，当达到设计应力水平时停止张拉。

本实施例采用了直接锚固在混凝土受弯构件上的转向件9b，如图8所示。可将该转向件9b看作是由上下两部分组成：上部尺寸与转向件9a相同，下部为埋入混凝土受弯构件的锚栓。实施例三

本实施例除以下几点外，与实施例二相同。本实施例如图3、图8～图9所示。

本实施例中选用的与螺栓连接的钢板锚固件3a沿梁宽度方向长220mm，短肢a2在钢板锚固件3a沿梁宽度方向的中心位置空出60mm，以避免阻碍钢绞线1的走线。

由于布线方式的不同，本实施例在梁的非张拉端未采用钢板锚固件3a而采用了两个直接锚固在混凝土受弯构件上的转向件9b。

本实施例在张拉端采用了两个连接件6b，通过对这两个位置的张拉和调节使钢绞线1的应力分布更均匀。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统，其特征在于：包括由钢绞线(1)、钢板锚固件(3)和将其锚固在混凝土受弯构件上的锚栓(4)、连接钢板(6a)或连接件(6b)、对钢绞线(1)施加预应力用的螺栓(7)和螺母(8)组成的连接系统和由钢绞线(1)及改变钢绞线(1)走线方向的转向件(9)组成的转向系统；其中：钢绞线(1)的一端锚固在构件底部或侧面靠近端部的位置的钢板锚固件(3)或连接钢板(6a)上，然后将钢绞线(1)引至构件的另一端有转向件(9)的位置，利用位于该处转向件(9)使钢绞线(1)转向和限位后返回起始端，起始端可另布置向件(10)实现钢绞线的再次转向和限位，并可以此方式重复布置转向件(9)以调整钢绞线(1)的转向次数直至达到设计的布线要求，最后将钢绞线(1)的另一端布置在连接钢板(6a)或连接件(6b)上；连接钢板(6a)或连接件(6b)通过螺栓(7)和螺母(8)固定在构件端底部或侧面的张拉端钢板锚固件(3b)上，各钢绞线(1)沿构件长度方向平行布置，通过螺母(8)在螺栓(7)上的松紧，实现对钢绞线(1)预应力大小的控制。

2.根据权利要求1所述的预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统，其特征在于：每个张拉端施加的预应力钢绞线(1)的转向次数、转向件(9)的数量、线路的布置方式和连接系统的选取，可根据施工方案灵活确定。

3.根据权利要求1所述的预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统，其特征在于：为避免钢绞线(1)的预应力不均匀，应用于一条钢绞线(1)上的转向件(9)数量一般不宜超过3个，即每个张拉端施加的预应力钢绞线(1)的转向次数不宜超过3次；如果一条钢绞线(1)不能满足跨越两块钢板锚固件(4)次数的要求，可以通过在沿构件宽度方向增设钢绞线(1)和增加相应的锚固系统和转向系统的方式来满足要求。

4.根据权利要求1所述的预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统，其特征在于：转向件(9)可焊接在作为钢板锚固件的一部分，也可独立锚固在混凝土受弯构件上。

5.根据权利要求1所述的预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统，其特征在于：张拉完成后在系统上压抹或喷涂砂浆(10)。

6.根据权利要求1所述的预应力钢绞线加固混凝土受弯构件的简便张拉锚固系统，其特征在于：所述的钢绞线(1)能够用钢丝绳或钢丝代替。

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