鋼筋混凝土梁高效預應力加固工程實例
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梁

　　1　前言　　鋼筋砼梁由于設計或施工錯誤、材質(zhì)不符合要求、使用功能改變或耐久性等原因，其裂縫寬度超出規(guī)范允許值或承載能力不足，都應加固處理。加固方法分非預應力加固和預應力加固二種。非預應力加固法要待砼梁繼續(xù)變形后才逐漸起作用，所以加固后梁裂縫寬度和撓度仍會繼續(xù)增加，是一種被動加固法。預應力加固法的主要優(yōu)點是見效快，隨著預應力的施加，梁反拱，裂縫寬度減小，原有鋼筋和砼的應力降低，是一種主動加固法。
　　傳統(tǒng)的預應力加固法是采用Ⅰ級或Ⅱ級鋼作為補強拉桿，有以下缺點：強度低、柔性差、長度短、耗材多、預應力水平低、需焊接。近年來發(fā)展了一種用高強鋼絞線作為補強拉桿的“高效預應力加固法”。這種方法克服了以上缺點，與一般鉸線相比，無粘結(jié)筋具有防腐性能好，摩阻小的優(yōu)點，本工程即采用無粘結(jié)筋作為補強拉桿。

　　2　工程概況　　泉州某車間的二跨梁如圖1所示，砼為C25：梁截面為300mm×800mm，中柱處負筋為5Φ25，邊柱處負筋為通長4Φ25，正筋為通長4Φ22，箍筋為Φ8@200，加密區(qū)為Φ8@100，承受恒載標準值gk＝31.5kN/m，活載標準qk＝32kN/m；柱截面為400×600，層高3.5m，四層框架結(jié)構(gòu)。因改變工藝需要，二層梁處需加設設備，其恒載標準值為25kN/m，由于該結(jié)構(gòu)的柱、基礎的強度有較大的富余，只須加固主梁即可。
圖1　梁和無粘結(jié)筋的形狀　　3　加固設計計算　　3.1　計算模型　　預應力在超靜定結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生次彎矩，較為復雜。為此，本文把無粘結(jié)筋的效應作為外荷載(即等效荷載)作用在原結(jié)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力為無粘結(jié)筋的等效荷載和一般外荷載共同作用下的內(nèi)力。這樣計算概念明確，避免了次彎矩計算〔1〕。原來的梁就變?yōu)槠氖軌簶?gòu)件，一般為大偏心構(gòu)件。大偏心構(gòu)件抗彎力大于壓力為零的梁，為簡化計算，偏心受壓梁抗彎能力仍按壓力為零的梁來計算，偏于安全。計算模型和無粘結(jié)筋的等效荷載如圖2所示。
圖2　計算模型　　3.2　確定無粘結(jié)筋的布置　　本工程把無粘結(jié)筋在梁頂處的折角設在梁柱交界處，如圖1。其優(yōu)點為：施工方便，能同時加強梁的正載面和斜載面強度，保持原樓面的平整。梁底折角的位置，即β1和β2的取值，一般為β1＝0.25～0.5，β2＝0.25～0.35〔3〕。Β1和β2的取值范圍較大，如何針對本工程，求出合適的β1和β2值，本文對此進行了分析。取無粘結(jié)筋的拉力為1kN，梁端力矩為1kN×0.4m＝0.4kN*m，0.4m為梁高的一半，無粘結(jié)筋的偏心距，由圖1中折角θ1-θ2，可求出圖2中的F1和F2，即F1＝1.sinθ1、F2＝1.sinθ2。本文以預應力(圖2外力)產(chǎn)生的彎矩圖形狀與外荷載產(chǎn)生的彎矩圖形狀大致相同，彎矩值相反來確定合理的β1、β2值，即以預應力均衡地抵消各截面彎矩為合理。依此，取β1＝0.45、β2＝0.3。　　3.3　確定無粘結(jié)筋面積　　由于無粘結(jié)筋與周圍砼的應變不相協(xié)調(diào)，所以在極限狀態(tài)時，其極限應力бpu的計算相當復雜。考慮到鋼絞線費用在整個加固費用中所占比例較小，可采用保守的近似計算方法。假定外荷載作用下無粘結(jié)筋的應力增量與預應力損失相等〔2〕，則極限應力бpu等于張拉控制應力бcon。規(guī)范規(guī)定бcon可取0.7fptk，fptk為強度標準值，無粘結(jié)筋在折角處受力不利，本工程бcon取0.65fptk。本工程無粘結(jié)筋fptk＝1860N/mm2，бcon＝1209N/mm2。
　　如前所述，大偏心受壓的梁仍按一般梁計算其抗彎能力，則：　　式中：Ap為無粘結(jié)筋面積，m為外荷載產(chǎn)生的彎矩，Mm為原梁的彎矩設計值，M1為單位無粘結(jié)筋力產(chǎn)生的彎矩(如圖2)。取跨中和兩支座所求的Ap值的最大值為加固所需的預應力筋面積，計算值為236mm2，取用二根無粘結(jié)筋(2×140mm2)。一般情況下，二根鋼絞線便能滿足要求。

　　4　施工過程　　4.1　張拉過程：　　采用YDC240Q手提式千斤頂，雙控張拉。因鋼絞線較短(17m)，進行一端張拉，固定端為OVM15P型擠壓錨具，張拉端為OVM15-1類片錨具。　　4.2　端部錨固：　　本工程柱邊與梁側(cè)面間距為5cm，故將側(cè)面平齊，如圖3所示。若這一間距較大，可用鉆孔方法。梁底鋼絞線折角處圓鋼為Φ25，剝除該處砼保護層，將圓鋼焊在梁底鋼筋上。