CN110172951A - 一种港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置及加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置，包括对称设置在钢筋混凝土梁两个梁壁上的两个预应力加固单元，预应力加固单元包括两个锚固块、至少一个支承块、两个锚具和至少一根钢绞线。本发明还公开一种港工钢筋混凝土梁结构加固方法，包括如下步骤：步骤1）梁身成孔，步骤2）锚固块浇筑，步骤3）支承块浇筑，步骤4）锚具安装，步骤5）钢绞线下料，步骤6）千斤顶安装，步骤7）钢绞线的预应力张拉，步骤8）梁底混凝土凿除和原有腐蚀主筋剔除，步骤9）梁底加大截面加固。优点：本发明对于钢筋混凝土梁结构的刚度和承载力提高效果明显，施工操作较方便，质量可控，可广泛用于各种港工钢筋混凝土梁结构加固改造工程中。

Description

一种港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置及加固方法

技术领域

本发明涉及港工结构工程加固技术领域，具体为一种港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置及加固方法。

背景技术

海港码头随着使用时间的增长，码头结构长期受海水侵蚀，混凝土会出现碳化及氯离子增加现象，导致码头结构耐久性降低，尤其梁底部位于浪溅区，非常容易出现混凝土裂缝开裂、钢筋锈蚀的严重现象，进而降低结构承载力，需要采取补强加固等措施。目前对钢筋混凝土梁的结构加固方法主要有加大截面加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维加固法、预应力加固法等，方法各有优缺点。

加大截面加固法，增加结构本身的自重和截面大小，但在提高钢筋混凝土梁承载力的同时，也有可能改变结构本身的刚度分配，造成相邻其他构件的连锁加固，且施工期永久荷载会导致对原有结构造成新的损害。

粘贴钢板加固法，是用特制的结构胶粘剂将钢板粘贴在钢筋混凝土梁的表面，能达到加固和增强原梁强度和刚度的目的，可以同时解决抗剪和抗扭的强度问题，但钢板仍有一定的重量，会增加原有结构的施工期永久荷载。

粘贴碳纤维加固法，是采用碳纤维代替钢板粘贴在梁上，较粘贴钢板经济，材料重量轻，施工简单，施工速度快，对原有结构抗弯抗剪加固效果较好，但对原有结构刚度提高很小，提高抗扭承载力的可靠性国内研究较少。

预应力加固法对结构承载力的提高较为明显，但施工复杂，对结构刚度的提高相对较小。

由此可见，目前传统的加固方法都不同程度的存在某种缺陷，单一的加固方法难以满足港工结构安全使用的要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种采用体外预应力和加大截面相结合提高港工钢筋混凝土梁刚度和承载力的结构加固方法。

为达到以上目的，本发明通过以下技术方案得以实现。

一种港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置，包括对称设置在钢筋混凝土梁两个梁壁上的两个预应力加固单元，

预应力加固单元包括两个锚固块、至少一个支承块、两个锚具和至少一根钢绞线，

两个锚固块均设置在钢筋混凝土梁的梁壁的加固区域两端位置处，所有支承块均等间隔布置在两个锚固块之间并设置在钢筋混凝土梁的梁壁上；两个锚固块和所有支承块都与钢筋混凝土梁的梁壁紧密固定保证锚固块和支承块的刚度和承载力；

钢绞线穿入两个锚固块和所有支承块，两个锚具分别设置在两个锚固块的外侧端面上，钢绞线的两端穿过两个锚具；在两个锚具上均通过增加的千斤顶对钢绞线进行预张拉。

本发明技术方案的千斤顶固定安装于锚具上，千斤顶通过工具锚与锚具紧固连接；千斤顶的输出端可带动锚具对钢绞线施加预应力。本发明技术方案中的千斤顶和锚具为本技术领域的公知常识，千斤顶和锚具为外购件，直接购买获得。

本发明技术方案的混凝土采用灌浆料和细石混凝土，钢绞线采用单层无粘结环氧喷涂钢绞线。

对本发明技术方案的优选，在两个锚固块和所有支承块内均嵌入供钢绞线穿入的PVC套管。

对本发明技术方案的优选，锚固块和支承块均由灌浆料浇筑制成。

对本发明技术方案的优选，PVC套管预埋入锚固块和支承块内。

对本发明技术方案的优选，在两个锚固块的外侧端面预埋入锚具垫板，两个锚具分别连接两个锚具垫板。

对本发明技术方案的优选，在钢筋混凝土梁的梁壁上采用钻孔取芯机在梁身上成对穿孔，并利用对穿孔浇筑形成锚固块和支承块节点，锚固块和支承块一部分位于孔内、另一部分位于孔外。本发明技术方案的锚固块和支承块采用钢筋混凝土浇筑，通过梁壁侧开对穿孔与梁浇筑连接形成整体结构。

本发明还提出一种采用港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置的加固方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1）梁身成孔

对待加固的钢筋混凝土梁的对称的两个梁壁上都加工出多个间隔均匀的对穿孔，并对孔周边混凝土进行凿毛处理；

步骤2）锚固块浇筑

对称的两个梁壁上在位于加固区域最外侧两端的两个对穿孔内采用灌浆料浇筑节点锚固块，并进行养护；锚固块一部分位于孔内、另一部分位于孔外；在浇筑锚固块前应提前预埋锚具垫板和PVC套管；

步骤3）支承块浇筑

对称的两个梁壁上的其余所有对穿孔内均采用灌浆料浇筑支承块，并进行养护；支承块一部分位于孔内、另一部分位于孔外；在浇筑支承块前应提前预埋PVC套管；

步骤4）锚具安装

待步骤3中锚固块和步骤4中支承块的材料强度达到要求强度以上时，在钢筋混凝土梁上锚固块内的锚具垫板上利用结构胶安装锚具，并进行养护；

步骤5）钢绞线下料

钢绞线穿入锚固块和支承块预留孔道，人工牵引钢绞线，钢绞线两端外露长度要一致；

步骤6）千斤顶安装

在钢筋混凝土梁上所有锚具上分别安装千斤顶，钢绞线两端均穿入千斤顶；锚具中心要与PVC套管中心对准，调整千斤顶位置，使千斤顶与PVC套管、锚具位于同一轴线上，并使千斤顶与锚具接触密贴；

步骤7）钢绞线的预应力张拉

打开所有千斤顶，对钢绞线进行预张拉，使钢绞线从松弛状态达到受力状态，消除伸长值测量误差；

预张拉后进行正式张拉，预应力张拉分为0σcon至0.2σcon、0.2σcon至0.4σcon、0.4σcon至0.6σcon、0.6σcon至0.8σcon、0.8σcon至1.0σcon五个阶段，σcon代表张拉控制应力，每个加载阶段加载完毕后静置1-2min，待钢绞线变形稳定后，再张拉，达到张拉控制应力后，撤除千斤顶；

步骤8）梁底混凝土凿除和原有腐蚀主筋剔除

钢筋混凝土梁采用体外预应力加固后，采用电锤配合人工凿除梁底层劣化混凝土至主筋背后20~30mm，清理至密实部位，剔除原有腐蚀主筋，并将结合面凿毛，原梁的棱角打掉；用高压淡水清洗钢筋及混凝土表面，清基后立即涂刷水泥基迁移型钢筋阻锈涂料两遍；

步骤9）梁底加大截面加固

根据梁结构复核计算，确定钢筋混凝土梁加大截面尺寸和补强钢筋数量。

对本发明技术方案的改进，步骤1中每相邻两个对穿孔之间的孔距相等，相邻孔距约为梁高的两倍。

对本发明技术方案的改进，步骤2和步骤3中的一个锚固块内和一个支承块内可预埋多个PVC套管，一个锚固块内和一个支承块内预埋的PVC套管数量相等，一个锚固块内和一个支承块内PVC套管的预埋数量与钢绞线的数量相等。

对本发明技术方案的改进，步骤9中在钢筋混凝土梁的梁壁上植筋，并在钢筋混凝土梁下部增设一定厚度的钢筋混凝土材料，新增混凝土将体外预应力装置包裹其中。对梁采用加大截面加固，并将无粘结钢绞线包裹在其中，有效解决无粘结钢绞线的防腐问题。

本加固方法，将体外预应力加固技术与加大截面加固技术相结合，可充分发挥两者的优势，既能改善梁的结构受力条件，增加施工期安全，又能同时提高梁结构的刚度和承载能力。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1、本发明通过先对破损钢筋混凝土梁施加体外预应力，一方面使梁结构有一定程度的“上拱”效应，改善梁结构受力状态，对梁结构底部混凝土裂缝有一定程度的闭合作用；另一方面能增加破损钢筋混凝土梁的承载力，有效解决钢筋混凝土梁加固施工期的安全问题。

2、本发明将体外预应力加固技术与加大截面加固技术相结合，可充分发挥两者的优势，既能改善梁的结构受力条件，增加施工期安全，又能同时提高梁结构的刚度和承载能力。

3、本发明对于钢筋混凝土梁结构的刚度和承载力提高效果明显，施工操作较方便，质量可控，可广泛用于各种港工钢筋混凝土梁结构加固改造工程中。

附图说明

图1实施例中梁结构体外预应力钢绞线加固立面图；

图2为图1中A的局部放大示意图；

图3实施例中梁结构体外预应力钢绞线加固平面图；

图4为图3中B的局部放大示意图；

图5实施例中锚固块断面图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-5和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

现以本发明提出的一种港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置及加固方法应用于宁波北仑国际集装箱码头有限公司引桥结构加固工程为例，实施步骤如下：

参见图1～图5，一种港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置，该加固装置包括对称设置在钢筋混凝土梁1两个梁壁上的两个预应力加固单元，预应力加固单元位于梁壁的下部位置处。

预应力加固单元包括钢绞线2、锚固块3、支承块4、锚固垫板5、锚具6、千斤顶7和PVC套管8，锚固块3内布设锚固垫板5和PVC套管8，支承块4内布设PVC套管8，锚固块3和支承块4采用灌浆料浇筑，保证连接块的刚度和承载力，预应力钢绞线2采用无粘结预应力钢绞线，使预应力筋与混凝土隔离，减少张拉时的摩擦损失，有效防止预应力筋被腐蚀。

钢筋混凝土梁1梁壁上的预应力加固单元，可以依据现场施工要求设置多个，本实施例中钢筋混凝土梁1两个梁壁上设置有两个预应力加固单元。如图2所示。

预应力加固单元内的钢绞线2、支承块4的数量都可依据现场施工要求设置，本实施例中每个预应力加固单元内的钢绞线2有四根，支承块4有三个。如图2所示。

一种港工钢筋混凝土梁结构加固方法，该加固方法采用体外预应力加固与加大截面加固相结合进行提高待加固梁结构刚度和承载力。先在待加固梁结构1的两侧固定安装张拉两条或均匀分布的多条预应力钢绞线2，然后用加大截面加固法增加梁截面并覆盖体外预应力加固装置。具体步骤如下：

步骤1）梁身成孔：对待加固的钢筋混凝土梁1的对称的两个梁壁上都加工出多个间隔均匀的对穿孔，对孔周边混凝土进行凿毛处理。此步骤中的成孔位置可预先指定好，然后采用钻孔取芯机在梁身指定节点位置成孔。每相邻两个对穿孔之间的孔距相等，相邻孔距约为梁高的两倍。

步骤2）锚固块浇筑：对称的两个梁壁上在位于加固区域最外侧两端的两个对穿孔内采用灌浆料浇筑节点锚固块3，并进行养护；锚固块3一部分位于孔内、另一部分位于孔外；在浇筑锚固块3前应提前预埋锚具垫板5和PVC套管8。

步骤3）支承块浇筑：对称的两个梁壁上的其余所有对穿孔内均采用灌浆料浇筑支承块4，并进行养护；支承块4一部分位于孔内、另一部分位于孔外；在浇筑支承块4前应提前预埋PVC套管8。步骤2和步骤3中的一个锚固块3内和一个支承块4内可预埋多个PVC套管8，一个锚固块3内和一个支承块4内预埋的PVC套管8数量相等，一个锚固块3内和一个支承块4内PVC套管8的预埋数量与钢绞线2的数量相等。

步骤4）锚具安装：待步骤3中锚固块3和步骤4中支承块4的材料强度达到要求强度以上时，在钢筋混凝土梁1上锚固块3内的锚具垫板5上利用结构胶安装锚具6，并进行养护。

步骤5）钢绞线下料：钢绞线2穿入锚固块和支承块预留PVC套管8，人工牵引钢绞线2，钢绞线2两端外露长度要一致，钢绞线2不得交错扭转。

步骤6）千斤顶安装：在钢筋混凝土梁1上所有锚具6上分别安装千斤顶7，钢绞线2两端均穿入千斤顶7；锚具6中心要与PVC套管8中心对准，调整千斤顶位置，使千斤顶7与PVC套管8、锚具6位于同一轴线上，并使千斤顶与锚具接触密贴。

步骤7）钢绞线2的预应力张拉：打开所有千斤顶7，对钢绞线2进行预张拉，使钢绞线2从松弛状态达到受力状态，消除伸长值测量误差；

预张拉后进行正式张拉，预应力张拉分为0σcon至0.2σcon、0.2σcon至0.4σcon、0.4σcon至0.6σcon、0.6σcon至0.8σcon、0.8σcon至1.0σcon五个阶段，σcon代表张拉控制应力，每个加载阶段加载完毕后静置1-2min，待钢绞线2变形稳定后，再张拉，达到张拉控制应力后，撤除千斤顶7。

步骤8）梁底混凝土凿除和原有腐蚀主筋剔除：钢筋混凝土梁1采用体外预应力加固后，采用电锤配合人工凿除梁底层劣化混凝土至主筋背后20~30mm，清理至密实部位，剔除原有腐蚀主筋，并将结合面凿毛，原梁的棱角打掉；用高压淡水清洗钢筋及混凝土表面，清基后立即涂刷水泥基迁移型钢筋阻锈涂料两遍。

步骤9）梁底加大截面加固：根据梁结构复核计算，确定钢筋混凝土梁1加大截面尺寸和补强钢筋9数量。在梁结构下部两侧合适位置植筋，模板采用吊模施工，通过螺栓反吊在上部面板上，在梁1底面及侧面再增设一定厚度的钢筋混凝土材料，增大了梁体截面高度及宽度，能有效提高梁结构的刚度与承载力，并且新增混凝土将体外预应力装置包裹其中，有效解决了预应力钢绞线的防腐问题；待混凝土固化后，拆除模板。混凝土采用自密实、高性能C45混凝土。

本实施例港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置及加固方法，对钢绞线2施加预应力后，改善了梁结构的受力状态，梁1有一定程度的“上拱”效应，对梁结构底部混凝土裂缝有一定程度的闭合作用，且极大提高了梁结构加固施工期的安全性。在梁1底面及侧面再增设一定厚度的钢筋混凝土材料，增大了梁体截面高度及宽度，能有效提高梁结构的刚度与承载力，并且新增混凝土将体外预应力装置包裹其中，有效解决了预应力钢绞线的防腐问题。

本实施例港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置及加固方法，采用体外预应力和加大截面相结合提高钢筋混凝土梁结构刚度和承载力的方法，可以充分发挥体外预应力加固法与加大截面加固法两者的优势，对于有损伤的梁结构可以通过体外预应力实现结构既有损伤的有效修复，极大提高梁加固施工期的安全性，采用加大截面可以大幅提高原有梁结构的刚度和承载力。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (10)

1.一种港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置，其特征在于，包括对称设置在待加固的钢筋混凝土梁（1）两个梁壁上的两个预应力加固单元，

预应力加固单元包括两个锚固块（3）、至少一个支承块（4）、两个锚具（6）和至少一根钢绞线（2），

两个锚固块（3）均设置在钢筋混凝土梁（1）的梁壁的加固区域两端位置处，所有支承块（4）均等间隔布置在两个锚固块（3）之间并设置在钢筋混凝土梁（1）的梁壁上；两个锚固块（3）和所有支承块（4）都与钢筋混凝土梁（1）的梁壁紧密固定保证锚固块（3）和支承块（4）的刚度和承载力；

钢绞线（2）穿入两个锚固块（3）和所有支承块（4），两个锚具（6）分别设置在两个锚固块（3）的外侧端面上，钢绞线（2）的两端穿过两个锚具（6）；在两个锚具（6）上均通过增加的千斤顶（7）对钢绞线（2）进行预张拉。

2.根据权利要求1所述的港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置，其特征在于，在两个锚固块（3）和所有支承块（4）内均嵌入供钢绞线（2）穿入的PVC套管（8）。

3.根据权利要求2所述的港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置，其特征在于，锚固块（3）和支承块（4）均由灌浆料浇筑制成。

4.根据权利要求3所述的港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置，其特征在于，PVC套管（8）预埋入锚固块（3）和支承块（4）内。

5.根据权利要求3所述的港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置，其特征在于，在两个锚固块（3）的外侧端面预埋入锚具垫板（5），两个锚具（6）分别连接两个锚具垫板（5）。

6.根据权利要求1所述的港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置，其特征在于，在待加固的钢筋混凝土梁（1）的梁壁上采用钻孔取芯机在梁身上成孔，在成孔浇筑形成锚固块（3）和支承块（4），锚固块（3）和支承块（4）一部分位于孔内、另一部分位于孔外。

7.采用权利要求1-6所述的港工钢筋混凝土梁体外预应力加固装置的加固方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1）梁身成孔

对待加固的钢筋混凝土梁（1）的对称的两个梁壁上都加工出多个间隔均匀的对穿孔，并对孔周边混凝土进行凿毛处理；

步骤2）锚固块浇筑

对称的两个梁壁上在位于加固区域最外侧两端的两个对穿孔内采用灌浆料浇筑节点锚固块（3），并进行养护；锚固块（3）一部分位于孔内、另一部分位于孔外；在浇筑锚固块（3）前应提前预埋锚具垫板（5）和PVC套管（8）；

步骤3）支承块浇筑

对称的两个梁壁上的其余所有对穿孔内均采用灌浆料浇筑支承块（4），并进行养护；支承块（4）一部分位于孔内、另一部分位于孔外；在浇筑支承块（4）前应提前预埋PVC套管（8）；

步骤4）锚具安装

待步骤3中锚固块（3）和步骤4中支承块（4）的材料强度达到要求强度以上时，在钢筋混凝土梁（1）上锚固块（3）内的锚具垫板（5）上利用结构胶安装锚具（6），并进行养护；

步骤5）钢绞线下料

钢绞线（2）穿入锚固块和支承块预留孔道，人工牵引钢绞线（2），钢绞线（2）两端外露长度要一致；

步骤6）千斤顶安装

在钢筋混凝土梁（1）上所有锚具（6）上分别安装千斤顶（7），钢绞线（2）两端均穿入千斤顶（7）；锚具（6）中心要与PVC套管（8）中心对准，调整千斤顶位置，使千斤顶（7）与PVC套管（8）、锚具（6）位于同一轴线上，并使千斤顶与锚具接触密贴；

步骤7）钢绞线（2）的预应力张拉

打开所有千斤顶（7），对钢绞线（2）进行预张拉，使钢绞线（2）从松弛状态达到受力状态，消除伸长值测量误差；

预张拉后进行正式张拉，预应力张拉分为0σcon至0.2σcon、0.2σcon至0.4σcon、0.4σcon至0.6σcon、0.6σcon至0.8σcon、0.8σcon至1.0σcon五个阶段，σcon代表张拉控制应力，每个加载阶段加载完毕后静置1-2min，待钢绞线（2）变形稳定后，再张拉，达到张拉控制应力后，撤除千斤顶（7）；

步骤8）梁底混凝土凿除和原有腐蚀主筋剔除

钢筋混凝土梁（1）采用体外预应力加固后，采用电锤配合人工凿除梁底层劣化混凝土至主筋背后20~30mm，清理至密实部位，剔除原有腐蚀主筋，并将结合面凿毛，原梁的棱角打掉；用高压淡水清洗钢筋及混凝土表面，清基后立即涂刷水泥基迁移型钢筋阻锈涂料两遍；

步骤9）梁底加大截面加固

根据梁结构复核计算，确定钢筋混凝土梁（1）增大截面尺寸和补强钢筋数量。

8.根据权利要求7所述的加固方法，其特征在于，步骤1中每相邻两个成孔之间的孔距相等，相邻孔距约为梁高的两倍。

9.根据权利要求7所述的加固方法，其特征在于，步骤2和步骤3中的一个锚固块（3）内和一个支承块（4）内可预埋多个PVC套管（8），一个锚固块（3）内和一个支承块（4）内预埋的PVC套管（8）数量相等，一个锚固块（3）内和一个支承块（4）内PVC套管（8）的预埋数量与钢绞线（2）的数量相等。

10.根据权利要求7所述的加固方法，其特征在于，步骤9中在钢筋混凝土梁（1）的梁壁上植筋，并在钢筋混凝土梁（1）下部增设一定厚度的钢筋混凝土材料，新增混凝土将体外预应力装置包裹其中。