CN113027165A - 一种轻量化体外预应力加固体系 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轻量化体外预应力加固体系，包括两个锚固单元(1)、至少一条钢绞线(2)和若干减振索夹(3)，两个所述锚固单元(1)分别设置于桥梁底面两端位置，所述锚固单元(1)锚固所述钢绞线(2)并使所述钢绞线(2)在两端位置呈折线向下弯折，弯折角为4～10°，所述减振索夹(3)均匀设置于所述锚具(12)单元之间的所述桥梁底面，所述钢绞线(2)穿过所述减振索夹(3)，所述减振索夹(3)用于对所述钢绞线(2)中间段进行减振；所述钢绞线(2)为无粘结预应力钢绞线(2)。本发明通过端部转向和分散锚固装置，确保在取得较高的加固效率的同时，满足张拉、锚固的构造和受力要求。

Description

一种轻量化体外预应力加固体系

技术领域

本发明涉及结构加固领域，具体涉及一种轻量化体外预应力加固体系。

背景技术

体外预应力法是混凝土结构加固的可靠方法，通过对结构主动施加体外预应力来达到改善恒载状态下结构应力分布，提高结构抗裂性和承载能力的目的。常见的体外预应力加固体系由预应力构造(如高强钢绞线、高强钢丝、高强钢筋和高强碳纤维板等)和锚固构造组成，折线布置的体外预应力需设置转向构造，预应力构造自由长度较大时还需设置减振构造。

在梁体结构的体外预应力加固中，对于中小跨度简支T梁，目前主要采用的体外预应力加固方法有在腹板外侧布置在梁端竖向弯折的预应力钢绞线和在底板底面直线布置预应力碳纤维板两种方式：前者与箱梁内布置的体外预应力相似，采用截面积较大的整体钢束，需要可靠的转向和锚固装置；后者布置在梁底，可取得较高的加固效率，且碳纤维板紧贴梁底布置，对桥下净空影响较小，但预应力碳纤维板需要采用专用锚具和夹具，碳纤维板和锚夹具的生产工艺控制要求高，良品率相对较低，优质的预应力碳纤维板加固体系造价偏高，且碳纤维板虽然抗拉强度高，但存在抗折强度低的缺点，在运营过程中易因车辆剐蹭等而受损，另外，碳纤维板耐火性能差，预应力体系受火后可能造成体外预应力体系突然失效，给结构及桥下通行人车安全带来不可预知的风险。

现需一种轻量化体外预应力加固体系采用在梁底折线布置的体外束，通过端部转向和分散锚固装置，确保在取得较高的加固效率的同时，满足张拉、锚固的构造和受力要求。

发明内容

本发明为了解决现有技术中直线布置预应力碳纤维板抗折强度低、加固构造有被通行车辆剐蹭而伤损的风险，大面积体外预应力钢绞线存在锚固区应力集中的问题，提供了一种轻量化体外预应力加固体系，采用在梁体底面布设多根小面积高强钢绞线的方式对梁体进行体外折线式预应力加固，解决了上述问题。

本发明所提供的一种轻量化体外预应力加固体系，包括两个锚固单元、至少一条钢绞线和若干减振索夹，两个锚固单元分别设置于桥梁底面两端位置，锚固单元锚固钢绞线并使钢绞线在两端位置呈折线向下弯折，弯折角为4～10°，减振索夹均匀设置于锚具单元之间的桥梁底面，钢绞线穿过减振索夹，减振索夹用于对钢绞线中间段进行减振；钢绞线为无粘结预应力钢绞线。

本发明所述的一种轻量化体外预应力加固体系，作为优选方式，锚固单元包括锚固座、与钢绞线数量相同的锚具和与钢绞线数量相同的转向器，锚固座为板状结构，锚固座通过连接螺栓设置于桥梁两端底面，锚具设置于锚固座下表面，转向器通过连接螺栓设置于锚固座下方，转向器功能区与锚具功能区同轴线，转向器功能区设置于转向器上表面。

本发明所述的一种轻量化体外预应力加固体系，作为优选方式，锚具包括第一固定板、第二固定板、支撑板、锚固板和锚垫板，第一固定板与第二固定座平行设置于锚固座底面，支撑板设置于第一固定板和第二固定板一侧且垂直第一固定板和第二固定板，支撑板连接第一固定板的板面与支撑板相对面平行，支撑板在连接第一固定板和第二固定板一侧与锚固座之间的角度为锐角，支撑板另一侧面接触设置锚垫板，锚垫板自由面设置接触设置锚固板，锚固板、锚垫板和支撑板在同一板面位置设置有用于使钢绞线穿过的通孔，锚固板用于锚固钢绞线。

本发明所述的一种轻量化体外预应力加固体系，作为优选方式，转向器包括转向器本体、导向槽和若干成对的安装螺孔，转向器本体为条状结构，转向器本体一端上表面水平高度低于另一端上表面水平高度，安装螺孔对称竖直设置于转向器本体两侧，用于通过安装螺栓将转向器本体固定在锚固座下方，转向器本体上表面沿上表面坡度设置导向槽。

本发明所述的一种轻量化体外预应力加固体系，作为优选方式，转向器上表面向桥梁两侧方向降低。

本发明所述的一种轻量化体外预应力加固体系，作为优选方式，转向器的安装螺栓在转向器上方套有垫块，垫块高度向桥梁两端逐渐增高。

本发明所述的一种轻量化体外预应力加固体系，作为优选方式，减振索夹包括限位钢件、若干弹性块和锚栓，限位钢件上表面设置有若干纵向的限位通槽，弹性块设置于限位通槽内部，弹性块设置有若干纵向通孔，各弹性块的纵向通孔之和等于钢绞线数量，钢绞线穿过纵向通孔，限位钢件和弹性块垂直纵向通孔方向设置有竖向的与纵向通孔投影异位的安装孔，锚栓通过安装孔将限位钢件安装在桥梁底面。

本发明所述的一种轻量化体外预应力加固体系，作为优选方式，弹性块高度小于限位钢件高度。

本发明所提供的一种轻量化体外预应力加固体系施工方法如下：

体外预应力加固主要流程如下：梁底放样与梁底钻孔→梁底锚固区开槽→梁底植入化学锚栓→锚固、转向构件定制与安装→预应力钢绞线下料与安装→预应力钢绞线张拉→减振索夹安装→防护装置安装。

S1、梁底放样与钻孔：在梁底钻孔范围内探测和标识底层普通钢筋的位置，同时标识出至梁底底层的预应力孔道设计位置，根据设计要求和实际情况确定梁底锚固区和减振索夹处拟钻孔位置，并钻设螺栓孔；可据钢筋探测与试钻结果适当调整实际钻孔位置，不得损伤预应力筋和钢筋；

S2、梁底锚固区开槽：梁底锚固区范围内应做开槽处理，开槽深度宜为25±2mm，不应切断底层普通钢筋；

S3、梁底植入化学锚栓：植入化学锚栓以前，应采用高压风枪对锚固区槽内及梁体钻孔内进行彻底清理和烘干。植入化学锚栓应与梁体表面保持垂直，在化学锚固螺栓植入梁体且胶体凝固后(养护时间不少于3d)，在每块钢锚固座上随机抽取至少1根锚栓进行现场原位拉拔测试；

S4、锚固、转向构件定制与安装：根据化学锚栓的实际植入位置确定锚固座钢板上的开孔位置，并确认锚固钢件的焊接组装位置和锚固座上转向块连接螺栓孔开孔位置，在工厂进行锚固、转向构件的生产与试组装；

对锚固区槽内粗糙面进行适当打磨，清理后涂抹3～5mm厚砂浆找平，应在砂浆初凝前安装锚固座。将锚固座全部安装至梁底，并保证各个锚固座的几何中轴线与梁底中轴线基本重合。

S5、预应力钢绞线下料与安装：锚固座全部安装至梁底后，实测两端锚固座间距以确定钢绞线的下料长度。钢绞线穿索，安装锚垫板和专用锚夹具；

S6、预应力钢绞线张拉：预应力钢绞线采用纵向两端对称张拉，横向张拉顺序也应对称进行。预应力分级张拉，采用张拉力与伸长量双控；

S7、安装索夹：按照“先两端、后中间”的原则安装索夹，根据索夹与钢绞线的实际相对位置，可适当调整减振橡胶块的尺寸。每个锚栓均应设备母以防松动；

S8、安装防护装置：按产品说明书的要求安装锚后防护装置，对锚下钢绞线进行密封、防护，再安装锚固区防护装置。

本发明采用钢绞线，生产制造工艺和体外索防腐体系成熟，质量保证率高；采用钢绞线不仅抗拉强度高，适应平面外变形的能力也很强，对车辆剐蹭的耐受能力相对较高，在受火条件下也不致于突然失效，保证了结构体系具有适当的延性；钢绞线的布置不受T梁腹板侧面空间的限制，可在底板底面布置多根钢绞线；采用小面积钢绞线，单根钢绞线张拉力较小，对锚后张拉空间要求不高，施工方便；通过在梁底分散布置的锚固钢构件实现预应力的分散锚固，避免了锚后梁体的应力集中，也降低了对锚下构造的受力要求；通过在锚固构造附近设置的转向构造，实现钢绞线在端部的折线布置，使得钢绞线在跨中紧贴梁底布置，减小对桥下净空的影响，降低加固体系因桥下通行超高车辆而受损的风险。

本发明有益效果如下：

(1)采用在梁体底面布设多根小面积高强钢绞线的方式对梁体进行体外预应力加固，方便通过小型锚固构造实现钢束的分散锚固，降低锚固区的应力集中效应；

(2)考虑到直线布束方案因钢束两端锚固、张拉空间的需要，钢束与梁底距离偏大，明显降低了梁底净空高度，增加了加固构造被通行车辆剐蹭而伤损的风险，通过在钢束端部设置转向装置，达到新增钢束在跨中不明显减小桥下净空高度的目的；

(3)转向装置设置在钢束近锚固端，采用模块化小型钢构件，受力可靠，小巧灵活，组装方便；

(4)为了减小运营过程中结构振动对预应力束的不利影响，对预应力筋沿纵向一定间距布设减振索夹，适应钢束与梁底净离较小的特点；

(5)索夹采用反扣式小型限位钢件，钢件与钢绞线(带PE防护)之间设便于安装的模块式减振橡胶。

附图说明

图1为一种轻量化体外预应力加固体系示意图；

图2为一种轻量化体外预应力加固体系锚固单元示意图；

图3为一种轻量化体外预应力加固体系锚具示意图；

图4为一种轻量化体外预应力加固体系转向器示意图；

图5为一种轻量化体外预应力加固体系减振索夹示意图。

附图标记：

1、锚固单元；11、锚固座；12、锚具；121、第一固定板；122、第二固定板；123、支撑板；124、锚固板；125、锚垫板；13、转向器；131、转向器本体；132、导向槽；133、安装螺孔；2、钢绞线；3、减振索夹；31、限位钢件；32、弹性块；33、锚栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种轻量化体外预应力加固体系，包括两个锚固单元1、至少一条钢绞线2和若干减振索夹3，两个锚固单元1分别设置于桥梁底面两端位置，锚固单元1锚固钢绞线2并使钢绞线2在两端位置呈折线向下弯折，弯折角为4～10°，减振索夹3均匀设置于锚具12单元之间的桥梁底面，钢绞线2穿过减振索夹3，减振索夹3用于对钢绞线2中间段进行减振；钢绞线2为无粘结预应力钢绞线。

体外预应力筋在跨中段水平布置，在梁端锚固点附近通过转向构造下弯，弯折角α＝4～10°。预应力筋采用单根防腐的无粘结预应力钢绞线，采用专用锚具及配套的密封、防护装置。

如图2所示，锚固单元1包括锚固座11、与钢绞线2数量相同的锚具12和与钢绞线2数量相同的转向器13，锚固座11为板状结构，锚固座11通过连接螺栓设置于桥梁两端底面，锚具12设置于锚固座11下表面，转向器13通过连接螺栓设置于锚固座11下方，转向器13功能区与锚具12功能区同轴线，转向器13功能区设置于转向器13上表面。

如图3所示，锚具12包括第一固定板121、第二固定板122、支撑板123、锚固板124和锚垫板125，第一固定板121与第二固定板122平行设置于锚固座11底面，支撑板123设置于第一固定板121和第二固定板122一侧且垂直第一固定板121和第二固定板122，支撑板123连接第一固定板121的板面与支撑板123相对面平行，支撑板123在连接第一固定板121和第二固定板122一侧与锚固座11之间的角度为锐角，支撑板123另一侧面接触设置锚垫板125，锚垫板125自由面设置接触设置锚固板124，锚固板124、锚垫板125和支撑板123在同一板面位置设置有用于使钢绞线2穿过的通孔，锚固板124用于锚固钢绞线2。

锚具12由第一固定板121、第二固定板122与支撑板123组焊而成，与锚固座11焊接连接，支撑板123与钢束方向垂直；

如图4所示，转向器13包括转向器本体131、导向槽131和若干成对的安装螺孔133，转向器本体131为条状结构，转向器本体131一端上表面水平高度低于另一端上表面水平高度，安装螺孔133对称竖直设置于转向器本体131两侧，用于通过安装螺栓将转向器本体131固定在锚固座11下方，转向器本体131上表面沿上表面坡度设置导向槽131。转向器13上表面向桥梁两侧方向降低。转向器13的安装螺栓在转向器13上方套有垫块，垫块高度向桥梁两端逐渐增高。

钢转向块13为带导向槽的整体钢构件，与钢锚固座11采用螺栓连接；钢锚固座11采用锚栓锚固于梁体底面。

如图5所示，减振索夹3包括限位钢件31、若干弹性块32和锚栓33，限位钢件31上表面设置有若干纵向的限位通槽，弹性块32设置于限位通槽内部，弹性块32设置有若干纵向通孔，各弹性块32的纵向通孔之和等于钢绞线2数量，钢绞线2穿过纵向通孔，限位钢件31和弹性块32垂直纵向通孔方向设置有竖向的与纵向通孔投影异位的安装孔，锚栓33通过安装孔将限位钢件31安装在桥梁底面。

弹性块32高度小于限位钢件31高度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轻量化体外预应力加固体系，其特征在于：包括两个锚固单元(1)、至少一条钢绞线(2)和若干减振索夹(3)，两个所述锚固单元(1)分别设置于桥梁底面两端位置，所述锚固单元(1)锚固所述钢绞线(2)并使所述钢绞线(2)在两端位置呈折线向下弯折，弯折角为4～10°，所述减振索夹(3)均匀设置于所述锚具(12)单元之间的所述桥梁底面，所述钢绞线(2)穿过所述减振索夹(3)，所述减振索夹(3)用于对所述钢绞线(2)中间段进行减振；所述钢绞线(2)为无粘结预应力钢绞线。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化体外预应力加固体系，其特征在于：所述锚固单元(1)包括锚固座(11)、与所述钢绞线(2)数量相同的锚具(12)和与所述钢绞线(2)数量相同的转向器(13)，所述锚固座(11)为板状结构，所述锚固座(11)通过连接螺栓设置于桥梁两端底面，所述锚具(12)设置于所述锚固座(11)下表面，所述转向器(13)通过连接螺栓设置于所述锚固座(11)下方，所述转向器(13)功能区与所述锚具(12)功能区同轴线，所述转向器(13)功能区设置于所述转向器(13)上表面。

3.根据权利要求2所述的一种轻量化体外预应力加固体系，其特征在于：所述锚具(12)包括第一固定板(121)、第二固定板(122)、支撑板(123)、锚固板(124)和锚垫板(125)，所述第一固定板(121)与所述第二固定板(122)平行设置于所述锚固座(11)底面，所述支撑板(123)设置于所述第一固定板(121)和所述第二固定板(122)一侧且垂直所述第一固定板(121)和所述第二固定板(122)，所述支撑板(123)连接所述第一固定板(121)的板面与所述支撑板(123)相对面平行，所述支撑板(123)在连接所述第一固定板(121)和所述第二固定板(122)一侧与所述锚固座(11)之间的角度为锐角，所述支撑板(123)另一侧面接触设置所述锚垫板(125)，所述锚垫板(125)自由面设置接触设置所述锚固板(124)，所述锚固板(124)、所述锚垫板(125)和所述支撑板(123)在同一板面位置设置有用于使所述钢绞线(2)穿过的通孔，所述锚固板(124)用于锚固所述钢绞线(2)。

4.根据权利要求2所述的一种轻量化体外预应力加固体系，其特征在于：所述转向器(13)包括转向器本体(131)、导向槽(131)和若干成对的安装螺孔(133)，所述转向器本体(131)为条状结构，所述转向器本体(131)一端上表面水平高度低于所述另一端上表面水平高度，所述安装螺孔(133)对称竖直设置于所述转向器本体(131)两侧，用于通过安装螺栓将所述转向器本体(131)固定在所述锚固座(11)下方，所述转向器本体(131)上表面沿上表面坡度设置导向槽(131)。

5.根据权利要求4所述的一种轻量化体外预应力加固体系，其特征在于：所述转向器(13)上表面向桥梁两侧方向降低。

6.根据权利要求5所述的一种轻量化体外预应力加固体系，其特征在于：所述转向器(13)的安装螺栓在所述转向器(13)上方套有垫块，所述垫块高度向桥梁两端逐渐增高。

7.根据权利要求1所述的一种轻量化体外预应力加固体系，其特征在于：所述减振索夹(3)包括限位钢件(31)、若干弹性块(32)和锚栓(33)，所述限位钢件(31)上表面设置有若干纵向的限位通槽，所述弹性块(32)设置于所述限位通槽内部，所述弹性块(32)设置有若干纵向通孔，各所述弹性块(32)的所述纵向通孔之和等于所述钢绞线(2)数量，所述钢绞线(2)穿过所述纵向通孔，所述限位钢件(31)和所述弹性块(32)垂直所述纵向通孔方向设置有竖向的与所述纵向通孔投影异位的安装孔，所述锚栓(33)通过所述安装孔将所述限位钢件(31)安装在所述桥梁底面。

8.根据权利要求7所述的一种轻量化体外预应力加固体系，其特征在于：所述弹性块(32)高度小于所述限位钢件(31)高度。

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