CN101942904B - 预应力钢绞线加固混凝土受弯构件钢板式张拉锚固系统 - Google Patents
预应力钢绞线加固混凝土受弯构件钢板式张拉锚固系统 Download PDFInfo
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预应力钢绞线加固混凝土受弯构件钢板式张拉锚固系统，包括钢绞线、连接钢板、施加预应力用的螺栓和螺母、加固构件两端的钢板锚固件以及将其锚固在混凝土受弯构件上的锚栓，通过松紧螺母对钢绞线施加预应力和调节预应力大小，张拉完成后在系统上压抹或喷涂砂浆。本发明中一块连接钢板可固定多根钢绞线并进行整体张拉，施工速度快，工期短。本发明具有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，施工工艺简单易行，成本低廉，便于现场施工的优点。
Description
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，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开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张拉锚固系统，该张拉锚固系统利用锚固系统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，提高加固混凝土受弯构件的承载力、刚度、耗能能力、延性和耐久性。
为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：包括钢绞线、连接钢板、施加预应力用的螺栓和螺母、加固混凝土受弯构件两端的钢板锚固件以及将其锚固在混凝土受弯构件上的锚栓；其中：首先利用锚栓分别将钢板锚固件锚固在混凝土受弯构件底部或侧面并靠近混凝土受弯构件端部的位置上。钢绞线的一端穿过固定端钢板锚固件上的锚孔并用钢绞线锚具固定，将钢绞线的另一端穿过连接钢板的锚孔并用钢绞线锚具固定，将螺栓穿过连接钢板与张拉端的钢板锚固件的螺栓孔，然后安装并拧紧螺母对钢绞线进行张拉，通过松紧螺母对钢绞线施加预应力和调节预应力大小。
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，钢板锚固件长度一般最小长度为60mm且不大于构件底部宽度，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。如果钢板锚固件和/或连接钢板较薄，施加的张拉力大，可以在钢板锚固件和/或连接钢板上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钢绞线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)该锚固系统可对固定在一块连接钢板上的多根钢绞线整体张拉并控制其预应力水平。
4)此锚具和张拉体系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，便于现场施工。
附图说明
图1为本锚固系统的正面示意图；
图2为本锚固系统侧剖切面示意图；
图3为钢板锚固件侧面示意图；
图中：1、钢绞线，2、钢筋混凝土梁，3a、固定端的钢板锚固件，3b、张拉端的钢板锚固件，4a、固定端的锚栓，4b、张拉端的锚栓，5、钢绞线锚具，6、连接钢板，7、螺栓，8、螺母，9、砂浆，a1、钢板锚固件长肢，a2、钢板锚固件短肢。
具体实施例
本实施例中首先将钢绞线1的一端锚固在钢筋混凝土梁2底部靠近梁两端的位置，再将钢绞线1的另一端进行锚固和张拉。本实施例如图1～图3所示。
首先在将固定端的钢板锚固件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的一端穿过固定端的钢板锚固件3a上的锚孔并用现有的钢绞线锚具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。然后将钢绞线1的另一端用钢绞线锚具5固定在连接钢板6上，用螺栓7将连接钢板6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1～图2所示。
本实施例中选用的固定端的钢板锚固件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，长肢a1上分别设固定端的锚栓4a和张拉端的锚栓4b的锚孔，固定端钢板锚固件3a的短肢a2上设钢绞线1的锚孔，张拉端的钢板锚固件3b的短肢a2上设螺栓7的螺栓孔，分别用固定端的锚栓4a和张拉端的锚栓4b将它们锚固在梁上，固定端的锚栓4a和张拉端的4b按梁的锚固要求选用。
钢绞线1的直径为4.5mm，将需要固定的一端穿过连接钢板6的锚孔并利用钢绞线锚具5固定在该连接钢板6上。本实施例中选用了4条钢绞线1，各条钢绞线1等间距布置，并且长度相等，这样可以使固定端到张拉端的距离相同，保证所有钢绞线1在同一起始点开始受力张拉。
连接钢板6的螺栓孔和钢绞线锚孔沿连接钢板6的长度方向间隔布置，连接钢板6的钢绞线锚孔间距40mm，两相邻钢绞线锚孔之间设置有螺栓孔，均沿钢板长度方向的中心线布置。连接钢板6为一钢板，其厚度为10mm，高度为20mm，长度为160mm，共有钢绞线锚孔4个，螺栓孔3个。将连接钢板6面对张拉端的钢板锚固件3b布置，并将直径为10mm、长度60mm的螺栓7穿过连接钢板6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9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。
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.预应力钢绞线加固混凝土受弯构件钢板式张拉锚固系统，其特征在于：包括钢绞线(1)、连接钢板(6)、施加预应力用的螺栓(7)和螺母(8)、加固混凝土受弯构件两端的钢板锚固件以及将钢板锚固件锚固在混凝土受弯构件上的锚栓；其中：首先用固定端的锚栓(4a)和张拉端的锚栓(4b)分别将固定端的钢板锚固件(3a)和张拉端的钢板锚固件(3b)锚固在混凝土受弯构件底部或侧面并靠近混凝土受弯构件端部的位置上；钢绞线(1)的一端穿过固定端的钢板锚固件(3a)上的锚孔并用钢绞线锚具(5)固定，将钢绞线(1)的另一端穿过连接钢板(6)的锚孔并用钢绞线锚具(5)固定，将螺栓(7)穿过连接钢板(6)与张拉端的钢板锚固件(3b)的螺栓孔，然后安装并拧紧螺母(8)对钢绞线(1)进行张拉，通过松紧螺母(8)对钢绞线(1)施加预应力和调节预应力大小。
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钢板式张拉锚固系统，其特征在于：一块连接钢板(6)能固定多根钢绞线(1)并进行整体张拉和控制其预应力大小。
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钢板式张拉锚固系统，其特征在于：连接钢板(6)的螺栓孔和钢绞线锚孔沿连接钢板(6)的长度方向布置，一般为间隔布置，也可在钢绞线锚孔相对不变的情况下减少螺栓孔的数量，但必须满足连接钢板与钢板锚固件连接的可靠性要求。
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钢板式张拉锚固系统，其特征在于：当布置在受弯构件底部时，钢板锚固件长度一般最小长度为60mm且不大于构件底部宽度，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。
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钢板式张拉锚固系统，其特征在于：张拉完成后在系统上压抹或喷涂砂浆(9)。
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钢板式张拉锚固系统，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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