CN115807559A - 一种体外预应力钢绞线加固型钢梁结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于钢梁领域，提供了一种体外预应力钢绞线加固型钢梁结构，包括钢柱，所述钢柱的顶部固定连接有主梁，所述主梁上固定连接有次梁，所述主梁与次梁之间设置有增设钢板，所述增设钢板与主梁固定连接，所述主梁的底部固定连接有工字钢，所述工字钢设置在主梁和次梁交接处的底部，所述工字钢的底部设有孔洞，所述主梁的一端设有端头，主梁的另一端固定连接有承压板。本发明采取一种预应力钢绞线加固方式，通过合理设计钢绞线布置形式以及控制应力，避免型钢梁挠度变形过大等问题，对型钢梁起到一个长期可靠的加固作用，施工简单，经济效益高，结构稳定性好，并且能够充分的满足建筑空间使用功能要求。

Description

一种体外预应力钢绞线加固型钢梁结构及其施工方法

技术领域

本发明属于钢梁领域，尤其涉及一种体外预应力钢绞线加固型钢梁结构及其施工方法。

背景技术

在已有建筑物中，当设计、施工、使用均正常的情况下，H型钢梁能够满足安全使用要求。但是，如果出现设计失误、施工质量差或使用时需增加荷载、改变结构用途等情况，H型钢梁就可能不再满足安全使用要求，从而需要进行加固处理。

传统对H型钢梁加固方式有焊接加固、粘结加固及冷链接加固等，但其往往存在着焊缝连接处塑性韧性较差、结构不美观、结构耐久性稳定性不足、增加H型钢梁截面高度无法满足建筑空间使用要求等缺点。

为避免上述技术问题，确有必要提供一种体外预应力钢绞线加固型钢梁结构及其施工方法以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种体外预应力钢绞线加固型钢梁结构及其施工方法，旨在解决背景技术提到的问题。

本发明是这样实现的，一种体外预应力钢绞线加固型钢梁结构，包括钢柱，所述钢柱的顶部固定连接有主梁，所述主梁上固定连接有次梁，其特征在于，所述主梁与次梁之间设置有增设钢板，所述增设钢板与主梁固定连接，所述主梁的底部固定连接有固定钢板，所述固定钢板设置在主梁和次梁交接处的底部，所述固定钢板的底部设有孔洞，还包括：

预应力钢绞线，所述预应力钢绞线的两端均通过固定结构固定连接在主梁上，且预应力钢绞线的中部穿过孔洞，所述预应力钢绞线折线布置。

进一步的技术方案，所述预应力钢绞线的两端分别为固定端和张拉端，所述固定结构包括承压板，所述承压板固定连接在主梁上，所述预应力钢绞线贯穿承压板的一端设置有锚环，所述锚环上设置有用于固定预应力钢绞线的垫片，所述预应力钢绞线位于承压板内侧的一端设有螺旋筋，所述螺旋筋缠绕在预应力钢绞线上，且螺旋筋的一端与承压板焊接。

进一步的技术方案，所述承压板设置在主梁和次梁与钢柱交界处的顶部。

进一步的技术方案，所述固定钢板的三面采用C20钢筋焊接，所述固定钢板的底部中央采用C25钢筋焊接。

进一步的技术方案，所述预应力钢绞线采用低松弛钢绞线。

进一步的技术方案，所述孔洞的数量有四个，四个所述孔洞关于固定钢板对称分布。

一种体外预应力钢绞线加固型钢梁结构的施工方法，包括如下步骤：

（1）.加工无粘结预应力钢绞线：一端张拉预应力钢绞线下料长度按预应力钢绞线长度加800mm，两端张拉按预应力钢绞线长度加1600mm；

（2）.预应力钢绞线长度按下式进行计算：

L_T=[1+8×f²÷(3×L²)]×L

（L_T----预应力钢绞线长度，f----固定钢板支座矢高，L---预应力钢绞线布置水平投影长度）；

（3）.预应力钢绞线下料完成后用无齿锯切断；

（4）.对下料完成的预应力钢绞线进行固定端挤压锚的组装；

（5）.固定钢板制作：固定钢板选用工字钢20A，用剪板机将工字钢切为200mm的固定钢板，固定钢板两侧用型号为C20钢筋满焊，固定钢板底部用型号C25钢筋进行焊接，以中点为界两边留设钢绞线穿过的预留孔洞；

（6）.固定钢板制作完成后根据不同长度进行分类、编号并存放备用；

（7）.固定钢板进行安装固定，在主梁和次梁交接处依次焊接上述固定钢板，接触面用型号为C20钢筋满焊焊接；

（8）.预应力钢绞线布置：利用脚手架将装备好的预应力钢绞线固定在型钢梁下方，预应力钢绞线穿过主梁和次梁交接处下方的固定钢板预留孔洞，预应力钢绞线从主梁和次梁与钢柱交接处上方穿过，其余部分用钢丝绑扎牢固，使预应力钢绞线呈折线布置；

（9）.张拉端组装：此张拉端凹进砼表面，使承压板与预应力钢绞线垂直布置，调整好后用电焊焊接牢固；

（10）.安装端部承压板，承压板高度选取100mm，在端部安装承压板，承压板左侧焊接锚环，锚环直径为45mm，后安装垫片，在承压板右侧将型号为A6的螺旋筋与承压板点焊；

（11）.预应力钢绞线张拉：

1）张拉前准备工作，对全部张拉设备进行标定，根据标定数值，计算设计张拉力对应的压力表读数；

2）采用对称的方式进行张拉，先中间后两边进行张拉；

3）清理承压板面，把预应力钢绞线外露部分的塑料皮沿承压板割掉；

4）测量并记录预应力钢绞线长度读数；

5）安装张拉端锚具及夹片；

6）使用千斤顶对预应力钢绞线进行张拉；

7）张拉控制应力为бcon=1209Mpa，张拉力为169.26KN；

8）张拉时采用：O→10%бcon→65%бcon→锚固；

9）预应力钢绞线张拉安排根据施工现场情况分段进行；

10）张拉时，张拉至0.65бcon后油压卸至为零，测量并记录预应力钢绞线长度读数；

11）张拉中，在张拉过程中同时校核伸长值，理论伸长值与实测值的误差不得超过规范允许范围（-5%，+10%），若实际伸长值超出允许范围，则应暂停张拉，在采取措施后，方可继续张拉；

12）进行张拉端处理：张拉12h后，将锚具外露的预应力钢绞线预留不少于30mm长度后，将多余部分用砂轮锯切断；

13）在预应力钢绞线张拉过程中，周围避免使用电焊，以防止预应力钢绞线通电造成强度降，影响结构安全；

14）将多余的预应力钢绞线切断后，擦去油脂，再用细石混凝土进行密封。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

1.与采用加大梁截面、斜撑加固等现有传统钢梁加固方式相比，本发明采用体外预应力钢绞线加固方式，整个加固方案对梁截面的损伤最小，施工方便且安全性高，现场施工采用预制构件，与传统加固方式相比减少现场工作量。

2.本发明减少大量建筑材料使用，从绿色环保的角度更加节能环保，符合国家碳减排的政策号召，利于市场大量推广使用。

3.结构受力简洁，传力明确，性能安全可靠，能够起到很好的加固作用，所耗钢材少，成本低，经济效益较高，适合市场的广泛运用及推广，适用性较强。

4.本发明在不改变H型钢梁截面高度，采用钢绞线加固的方式，在保证型钢梁结构的整体性和稳定性前提下，大大提高了H型钢梁的使用寿命，采用固定钢板支座支撑体系，有效的保证了建筑物空间使用要求，避免了因梁后期加固处理所带来使用功能降低等影响。

附图说明

图1为本发明的主要结构正视布置示意图；

图2为本发明的固定端和张拉端节点构造示意图；

图3为本发明的主次梁交接处钢绞线承载节点构造示意图；

图4为本发明的钢梁承受的内力示意图。

附图中：主梁1、次梁2、预应力钢绞线3、固定钢板4、端头5、螺旋筋6、锚环7、垫片8、孔洞9、C20钢筋10、C25钢筋11、增设钢板12、钢柱13、承压板14。

具体实施方式

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

钢绞线布置方法：

本发明所述的体外预应力钢绞线加固结构，使用无粘结预应力钢绞线作为主要加固材料，所述无粘结预应力钢绞线即为预应力钢绞线3，在主梁1与次梁2交接处底部焊接固定钢板4，固定钢板4选用工字钢20A型号，在所述固定钢板4底部留有孔洞9，以此作为承载支点使所述预应力钢绞线3从孔洞9中穿过，所述预应力钢绞线3两端穿过主梁1和次梁2与钢柱13交界处顶部，形成预应力钢绞线3折线，详见附图1。

张拉端或固定端结构做法：

本发明所述加固结构采取一端张拉，一端加固的结构模式，预应力钢绞线3完成铺设后，一端安装承压板14、螺旋筋6、锚环7，上述端头5为固定端，另一端采用锚具张拉。张拉端采用夹片式锚具，锚具采用BSM锚固体系。所述张拉端结构具体构造如下：在结构端部外侧安置承压板14，承压板14两端预留孔洞9，所述预应力钢绞线3伸出结构端部承压板14，承压板14里侧设有螺旋筋6，螺旋筋6缠绕所述预应力钢绞线3，螺旋筋6紧贴承压板14并与承压板14点焊。承压板14外侧安装锚环7、垫片8。质量检查合格与自检完成后进行预应力张拉，最后对张拉端进行细石混凝土封锚。其详细节点图如附图2所示。

主次梁交接处节点结构做法：

所述主梁1与次梁2之间采用增设钢板12填实，所述增设钢板12与主梁1焊接，所述固定钢板4在底部留有四个孔洞9，两边对称布置，固定钢板4高度200mm，固定钢板4三面采用C20钢筋10满焊，底部中央采用C25钢筋11双面焊。其详细节点大样图如附图3所示。

所述构件材料说明：

1.本发明使用的体外预应力钢绞线3采用低松弛钢绞线，f_ptk=1860Mpa，规格是ф^j15.24。

预应力钢绞线3张拉控制应力：

бcon=0.65f_ptk=0.65×1860Mpa=1209Mpa

张拉力：

Ncon=бcon×Ap=1209Mpa×140mm =169.26KN

张拉时砼要达到设计强度的80%以上。

2.张拉端或锚固端预应力混凝土强度等级均为C35。

3.梁底部固定钢板4支座选用工字钢20A，高度为200mm。

注：固定钢板4支座矢高选取过小，会导致预应力钢绞线3张拉产生的向上拉力P₂过小，无法满足加固要求，矢高选取过大，会影响建筑物空间使用。因此，固定钢板4支座矢高经试验模型计算选取200mm，此情况下，预应力钢绞线3穿过固定钢板4预留孔洞9，钢梁承受的恒荷载P₁与预应力钢绞线3所产生的的向上拉力P₂相互抵消，从而使梁结构处于一种“悬空”的状态。内力示意图如图4。

4.梁底部固定钢板支座周围焊接钢筋选用HRB400及以上型号，直径为20/25。

5.封锚采用高一级细石混凝土密封。

该结构的施工方式为：

1.加工无粘结预应力钢绞线：本发明所采用的的预应力钢绞线3为1860Mpa，ф^j15.24低松弛钢绞线（可根据实际工程受力情况选着不同规格钢绞线），一端张拉钢绞线下料长度按钢绞线长度加800mm，两端张拉按钢绞线长度加1600mm。

2.预应力钢绞线3长度可按下式进行计算：

L_T=[1+8×f²÷(3×L²)]×L

（L_T----预应力钢绞线3长度，f----固定钢板4支座矢高，L---预应力钢绞线3布置水平投影长度）。

3.预应力钢绞线3下料完成后用无齿锯切断。

4.对于下料完成的预应力钢绞线3进行固定端挤压锚的组装。组装完成后运至施工现场，善保存在干燥平整的地方，下边要有垫木，上面要采取防雨措施。锚具、配件要存放在室内，运输、存放时都要尽量避免预应力钢绞线外皮破损。

5.固定钢板4制作：固定钢板4选用工字钢20A型号，用剪板机将工字钢切为200mm的固定钢板4，固定钢板4两侧用型号为C20钢筋10满焊，固定钢板4底部用型号C25钢筋11进行焊接，以中点为界两边留设预应力钢绞线穿过的预留孔洞9。

6.固定钢板4制作完成后根据不同长度进行分类、编号并存放备用。

7.固定钢板4进行安装固定，在型钢梁主梁1和次梁2交接处依次焊接上述固定钢板4，接触面用型号为C20钢筋10满焊焊接。

8.预应力钢绞线3布置：利用脚手架将装备好的预应力钢绞线3固定在型钢梁下方，预应力钢绞线3在主梁1和次梁2交接穿过下方固定钢板4预留孔洞9，预应力钢绞线从主梁1和次梁2与钢柱1交接处上方穿过，其余部分用钢丝绑扎牢固，使预应力钢绞线3呈折线布置。

9.张拉端组装：如图2所示安装：此张拉端凹进砼表面，要求承压板14与预应力钢绞线3垂直且位置要求正确，调整好后用电焊焊接牢固。

10.安装端部承压板14，承压板14高度选取100mm，如附图2所示，为固定端节点详图。在端部安装承压板14，承压板14左侧焊接锚环7，锚环7直径为45mm，后安装垫片8。在承压板14右侧将型号为A6的螺旋筋6与承压板14点焊。

11.预应力钢绞线3张拉：

（1）张拉前准备工作

①张拉前准备工作：对全部张拉设备进行标定，根据标定数值，计算设计张拉力对应的压力表读数，油泵、千斤顶必须配套使用。

②张拉设备校验期限不宜超过半年，为确保张拉数值的准确，张拉设备标定期为三个月。

（2）张拉采用对称的方式进行张拉，先中间后两边进行张拉。施工现场可自行搭设操作平台，也可利用现场脚手架作为操作平台进行张拉。

（3）清理承压板14表面，把预应力钢绞线3外露部分的塑料皮沿承压板14割掉；

（4）测量并记录预应力钢绞线3长度读数；

（5）安装张拉端锚具及夹片，（张拉端采用夹片式锚具，固定端采用挤压锚具，锚具均采用BSM锚固体系）

（6）使用YCN-23便携穿心式千斤顶对预应力钢绞线3进行张拉；

（7）张拉控制应力为бcon=1209Mpa，张拉力为169.26KN。

（8）为了减少摩擦损失，张拉时采用：O→10%ócon→65%ócon→锚固。

（9）预应力钢绞线3张拉安排可根据施工现场情况分段进行。

（10）张拉时张拉至0.65бcon后油压卸至为零，测量并记录预应力钢绞线3长度读数；

（11）张拉中，伸长值校核应在张拉过程中同时校核，理论伸长值与实测值的误差不得超过规范允许范围（-5%，+10%），若实际伸长值超出允许范围，则应暂停张拉，在采取措施后，方可继续张拉。

（12）进行张拉端处理：张拉12h后，应将锚具外露的预应力钢绞线3预留不少于30mm长度后将多余部分用砂轮锯切断，不得采用电弧切割。

（13）在预应力钢绞线3张拉过程中，周围避免使用电焊，以防止预应力钢绞线3通电造成强度降，影响结构安全。

（14）将多于的预应力钢绞线3切断后，擦去油脂再用强度等级高一级的细石混凝土进行密封。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种体外预应力钢绞线加固型钢梁结构，包括钢柱，所述钢柱的顶部固定连接有主梁，所述主梁上固定连接有次梁，其特征在于，所述主梁与次梁之间设置有增设钢板，所述增设钢板与主梁固定连接，所述主梁的底部固定连接有固定钢板，所述固定钢板设置在主梁和次梁交接处的底部，所述固定钢板的底部设有孔洞，还包括：

预应力钢绞线，所述预应力钢绞线的两端均通过固定结构固定连接在主梁上，且预应力钢绞线的中部穿过孔洞，所述预应力钢绞线折线布置。

2.根据权利要求1所述的体外预应力钢绞线加固型钢梁结构，其特征在于，所述预应力钢绞线的两端分别为固定端和张拉端，所述固定结构包括承压板，所述承压板固定连接在主梁上，所述预应力钢绞线贯穿承压板的一端设置有锚环，所述锚环上设置有用于固定预应力钢绞线的垫片，所述预应力钢绞线位于承压板内侧的一端设有螺旋筋，所述螺旋筋缠绕在预应力钢绞线上，且螺旋筋的一端与承压板焊接。

3.根据权利要求2所述的体外预应力钢绞线加固型钢梁结构，其特征在于，所述承压板设置在主梁和次梁与钢柱交界处的顶部。

4.根据权利要求3所述的体外预应力钢绞线加固型钢梁结构，其特征在于，所述固定钢板的三面采用C20钢筋焊接，所述固定钢板的底部中央采用C25钢筋焊接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的体外预应力钢绞线加固型钢梁结构，其特征在于，所述预应力钢绞线采用低松弛钢绞线。

6.根据权利要求1所述的体外预应力钢绞线加固型钢梁结构，其特征在于，所述孔洞的数量有四个，四个所述孔洞关于固定钢板对称分布。

7.一种实施如权利要求5所述的体外预应力钢绞线加固型钢梁结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1).加工无粘结预应力钢绞线：一端张拉预应力钢绞线下料长度按预应力钢绞线长度加800mm，两端张拉按预应力钢绞线长度加1600mm；

(2).预应力钢绞线长度按下式进行计算：

L_T＝[1+8×f²÷(3×L²)]×L

(L_T----预应力钢绞线长度，f----固定钢板支座矢高，L---预应力钢绞线布置水平投影长度)；

(3).预应力钢绞线下料完成后用无齿锯切断；

(4).对下料完成的预应力钢绞线进行固定端挤压锚的组装；

(5).固定钢板制作：固定钢板选用工字钢20A，用剪板机将工字钢切为200mm的固定钢板，固定钢板两侧用型号为C20钢筋满焊，固定钢板底部用型号C25钢筋进行焊接，以中点为界两边留设钢绞线穿过的预留空隙；

(6).固定钢板制作完成后根据不同长度进行分类、编号并存放备用；

(7).固定钢板进行安装固定，在主梁和次梁交接处依次焊接上述固定钢板，接触面用型号为C20钢筋满焊焊接；

(8).预应力钢绞线布置：利用脚手架将装备好的预应力钢绞线固定在型钢梁下方，预应力钢绞线穿过主梁和次梁交接处下方的固定钢板预留孔洞，预应力钢绞线从主梁和次梁与钢柱交接处上方穿过，其余部分用钢丝绑扎牢固，使预应力钢绞线呈折线布置；

(9).张拉端组装：此张拉端凹进砼表面，使承压板与预应力钢绞线垂直布置，调整好后用电焊焊接牢固；

(10).安装端部承压板，承压板高度选取100mm，在端部安装承压板，承压板左侧焊接锚环，锚环直径为45mm，后安装垫片，在承压板右侧将型号为A6的螺旋筋与承压板点焊；

(11).预应力钢绞线张拉：

1)张拉前准备工作，对全部张拉设备进行标定，根据标定数值，计算设计张拉力对应的压力表读数；

2)采用对称的方式进行张拉，先中间后两边进行张拉；

3)清理承压板面，把预应力钢绞线外露部分的塑料皮沿承压板割掉；

4)测量并记录预应力钢绞线长度读数；

5)安装张拉端锚具及夹片；

6)使用千斤顶对预应力钢绞线进行张拉；

7)张拉控制应力为бcon＝1209Mpa，张拉力为169.26KN；

8)张拉时采用：O→10％бcon→65％бcon→锚固；

9)预应力钢绞线张拉安排根据施工现场情况分段进行；

10)张拉时，张拉至0.65бcon后油压卸至为零，测量并记录预应力钢绞线长度读数；

11)张拉中，在张拉过程中同时校核伸长值，理论伸长值与实测值的误差不得超过规范允许范围，若实际伸长值超出允许范围，则应暂停张拉，在采取措施后，方可继续张拉；

12)进行张拉端处理：张拉12h后，将锚具外露的预应力钢绞线预留不少于30mm长度后，将多余部分用砂轮锯切断；

13)将多余的预应力钢绞线切断后，擦去油脂，再用细石混凝土进行密封。

8.根据权利要求7所述的体外预应力钢绞线加固型钢梁结构的施工方法，其特征在于，步骤(11)中，所述理论伸长值与实测值的误差规范允许范围为(-5％，+10％)。

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