橋梁檢測評定與加固技術(shù)（第2版） 課件 第8章 8.7 預(yù)應(yīng)力鋼絲繩-聚合物砂漿加固技術(shù)

第八章橋梁上部結(jié)構(gòu)的改造與加固技術(shù)南京林業(yè)大學(xué)江蘇·南京——預(yù)應(yīng)力鋼絲繩-聚合物砂漿加固技術(shù)技術(shù)原理與特點(diǎn)通過對小直徑的高強(qiáng)鋼絲繩施加預(yù)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)受彎構(gòu)件底部受拉部位的加強(qiáng)。加固系統(tǒng)包括預(yù)應(yīng)力鋼絲繩、擠壓錨頭、端部錨具和反力支點(diǎn)技術(shù)原理預(yù)應(yīng)力鋼絲繩-聚合物砂漿加固技術(shù)原理圖預(yù)應(yīng)力鋼絲繩-聚合物砂漿加固技術(shù)特點(diǎn)①待加固結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度不受限制②耐腐蝕、防火性能好③具有理想的破壞模式④基本不影響結(jié)構(gòu)外觀⑤基本不影響結(jié)構(gòu)凈空⑤施工便利⑥主動性強(qiáng)材料性能高強(qiáng)鋼絲繩可采用的鋼絲繩包括高強(qiáng)不銹鋼鋼絲繩和高強(qiáng)鍍鋅鋼絲繩。加固酸堿、潮濕、露天等腐蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件，宜采用高強(qiáng)不銹鋼鋼絲繩。一般環(huán)境下，可選用高強(qiáng)鍍鋅鋼絲繩高強(qiáng)鋼絲繩采用高強(qiáng)鋼絲繩加固混凝土結(jié)構(gòu)時，應(yīng)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010）的規(guī)定進(jìn)行承載力極限狀態(tài)計算和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。鋼筋和混凝土材料強(qiáng)度應(yīng)采用實(shí)測值高強(qiáng)鋼絲繩抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值及材料分項(xiàng)系數(shù)種類符號公稱直徑（mm）不銹鋼鋼絲繩鍍鋅鋼絲繩抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）材料分項(xiàng)系數(shù)γr抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）材料分項(xiàng)系數(shù)γr1×19Φs3.0～7.016501.471?5601.4717701.471?6501.47類別彈性模量Erw（MPa）伸長率（%）不銹鋼鋼絲繩1.10×1051.6鍍鋅鋼絲繩1.40×1052.1高強(qiáng)鋼絲繩的彈性模量和伸長率砂漿端部錨固區(qū)及反力支撐范圍的砂漿應(yīng)選用Ⅰ級砂漿，端部錨固區(qū)為自錨具中心兩邊各不小于250mm

的范圍，反力支撐范圍為圓鋼棒中心兩側(cè)各不小于200mm的范圍其余范圍可選用Ⅱ級砂漿砂漿等級劈裂抗拉強(qiáng)度（MPa）正拉粘結(jié)強(qiáng)度（MPa）抗折強(qiáng)度（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa）鋼套筒粘結(jié)抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）Ⅰ≥7.0≥2.5，且為混凝土內(nèi)聚破壞≥12.0≥50.0≥12.0Ⅱ≥5.5≥10.0≥40.0≥9.0砂漿的基本性能指標(biāo)主要途徑與施工工藝開鑿端部槽口制作與固定端部錨具澆筑錨固砂漿與防護(hù)砂漿張拉與錨固鋼絲繩擠壓鋼絲繩錨頭灌注槽口錨固砂漿設(shè)置反力點(diǎn)開鑿端部槽口對待加固梁進(jìn)行量測、放線確定兩端設(shè)置端部錨具中心線位置，在中心線處沿跨度方向鑿出寬度約10cm的端部槽口，深度以暴露出梁內(nèi)部的構(gòu)件已配縱筋、并能牢固焊接端部錨具主要途徑與施工工藝：錨固系統(tǒng)1—錨頭2—錨具3—錨板4—膠粘劑5—錨栓6—焊接點(diǎn)7—鋼絲繩8—混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼絲繩錨固系統(tǒng)制作與固定端部錨具端部錨具由鋼絲繩所承擔(dān)的拉力荷載專門設(shè)計。為確保預(yù)應(yīng)力鋼絲繩張拉與錨固的方便，其外側(cè)為開口形式高強(qiáng)鋼絲繩錨具及槽道的寬度和間距由高強(qiáng)鋼絲繩直徑（d）、錨頭直徑（D）及高強(qiáng)鋼絲繩數(shù)量確定，尺寸應(yīng)符合規(guī)定高強(qiáng)鋼絲繩錨具錨具實(shí)物圖

錨具和錨板宜采用Q235或Q345鋼；對于重要結(jié)構(gòu)的構(gòu)件應(yīng)采用可焊性好的鋼材，且不應(yīng)低于Q235B項(xiàng)目槽道上口寬度（S1）槽道下口寬度（S2）開槽邊距（S0）開槽深度（h1）錨具高度（hm）錨具寬度（b）尺寸要求≥d+1≥d+2≥D/2≥(d+D)/2≥1.5D+10≥30公差±0.5±0.5+0.5-0.5-0.5-0.5錨具及槽道尺寸（單位：mm）砂漿錨具砂漿灌注錨固砂漿灌注槽口錨固砂漿端部槽口灌注高強(qiáng)度、固化時間短、微膨脹、粘結(jié)性能好的高性能砂漿。灌注前應(yīng)將周圍混凝土鑿毛、清除浮渣、沖洗干凈為使張拉后鋼絲繩能對梁產(chǎn)生向上的等效荷載，同時，考慮到由于施工等原因，鋼絲繩與梁底不可能完全密實(shí)接觸，在梁底預(yù)埋直徑為6mm的細(xì)圓鋼筋作為反力點(diǎn)梁底反力點(diǎn)的設(shè)置設(shè)置反力點(diǎn)鋼絲繩下料長度根據(jù)兩端端部錨具的間距及預(yù)應(yīng)力鋼絲繩的工作應(yīng)力計算確定，下料時需要保證鋼絲繩在拉緊狀態(tài)下進(jìn)行擠壓錨頭為鋁合金雙孔套筒式，鋼絲繩穿入擠壓錨頭內(nèi)孔，由專門設(shè)計的擠壓模具、擠壓機(jī)械對擠壓錨頭進(jìn)行強(qiáng)力擠壓，使擠壓錨頭與鋼絲繩擠壓成一體（a）擠壓原理（c）錨固效果擠壓鋼絲繩錨頭（b）錨頭在一側(cè)鋼絲繩的一端直接穿入錨具的開口，另一端由張拉器進(jìn)行張拉，張拉后伸長的擠壓錨具超過錨具時進(jìn)行錨固（a）張拉裝置（b）張拉端（c）張拉完成（錨固端）張拉與錨固鋼絲繩為保護(hù)鋼絲繩，可在其外側(cè)采用噴射、涂刷砂漿等方法進(jìn)行防護(hù)，同時，該砂漿也能共同參與錨固鋼絲繩，減輕錨具壓力，減少預(yù)應(yīng)力鋼絲繩的松弛等（a）梁底支模

（b）底部涂抹砂漿

澆筑錨固砂漿與防護(hù)砂漿設(shè)計構(gòu)造保護(hù)層厚度預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩的保護(hù)層厚度應(yīng)從鋼絲繩外表面算起并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010規(guī)定的環(huán)境類別，分別滿足下列規(guī)定：一類環(huán)境，不應(yīng)小于20mm二a類以上環(huán)境，不應(yīng)小于30mm預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩受彎加固混凝土梁，當(dāng)加固量較大時，可在梁底布置雙層高強(qiáng)鋼絲繩，兩層鋼絲繩錨具應(yīng)交叉設(shè)置，且內(nèi)層錨具宜比外層錨具低10mm及以上1—錨栓2—外層錨具3—內(nèi)層錨具4—焊縫5—結(jié)構(gòu)膠6—鋼絲繩7—原結(jié)構(gòu)梁抗彎加固層數(shù)布置預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩雙層布置構(gòu)造(a)錨具安裝布置(b)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩布置

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩受剪加固混凝土梁，可根據(jù)工程情況選擇布置方式抗剪加固布置1—錨頭；2—錨具；3—錨栓；4—鋼絲繩；5—錨板；6—Ⅰ級砂漿；7—端頭受剪加固錨具布置構(gòu)造

原混凝土結(jié)構(gòu)表面應(yīng)植筋。植筋宜為直徑6mm的鋼筋，植筋深度不應(yīng)小于50mm。端部外露部分應(yīng)設(shè)置90°或180°彎頭，植筋間距不應(yīng)大于500mm植筋構(gòu)造混凝土結(jié)構(gòu)加固面植筋構(gòu)造（b）高強(qiáng)鋼絲繩受剪加固

錨固系統(tǒng)安裝前，原結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)開槽，混凝土開槽深度不宜小于錨板厚度，并不得破壞原構(gòu)件受力鋼筋開槽要求（a）高強(qiáng)鋼絲繩受彎加固1—Ⅰ級砂漿2—錨栓3—鋼絲繩4—彎頭鋼筋5—Ⅱ級砂漿6—反力點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩加固混凝土構(gòu)件時，應(yīng)垂直于受力鋼絲繩的方向均勻設(shè)置分布鋼絲繩，分布鋼絲繩的直徑不應(yīng)小于加固用鋼絲繩直徑，且間距不應(yīng)大于200mm預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩受彎加固混凝土梁施工時，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩下料及張拉：

鋼絲繩下料前，應(yīng)先通過試驗(yàn)實(shí)測張拉控制應(yīng)力下拉應(yīng)變（ε）、錨具外緣尺寸（Li）并應(yīng)按下式計算預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩的下料長度（L0）

Le——鋼絲繩錨固端預(yù)留長度（mm）分布鋼絲繩鋼絲繩下料、錨固及張拉

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩張拉時應(yīng)橫向?qū)ΨQ，對稱軸兩邊張拉完成的高強(qiáng)鋼絲繩的數(shù)量之差不應(yīng)多于3根預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩的下料長度1—錨頭；2—錨具；3—鋼絲繩鋼絲繩下料、錨固及張拉砂漿應(yīng)分層涂抹，每層的壓抹厚度不應(yīng)超過25mm，兩層砂漿之間的涂抹時間間隔應(yīng)以前一層砂漿初凝為準(zhǔn)，第一層應(yīng)采用Ⅰ級砂漿涂抹于原結(jié)構(gòu)表面，涂抹厚度不小于高強(qiáng)鋼絲繩直徑。第二層采用Ⅱ級砂漿或細(xì)石混凝土涂抹，兩層砂漿的厚度之和不應(yīng)大于40mm砂漿涂抹厚度，可采用埋設(shè)混凝土預(yù)制塊的方法控制，達(dá)到設(shè)計厚度要求時，應(yīng)作好壓抹收光。漿壓抹收光后的30min至4h內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并應(yīng)防止砂漿涂抹部位受到?jīng)_擊砂漿涂抹要求采用焊接縱筋法固定端部錨具時，灌注錨固砂漿宜采用一級環(huán)氧砂漿，強(qiáng)度至少比待加固橋梁混凝土等級提高一級受彎加固和受剪加固時，被加固混凝土構(gòu)件的實(shí)際混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C15預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩的自由長度超過10m時，應(yīng)設(shè)置定位裝置；預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩張拉時，應(yīng)采用應(yīng)力、伸長量雙重控制。拉力偏差應(yīng)在±100N范圍內(nèi)，伸長量偏差應(yīng)在±0.5mm范圍內(nèi)；預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲繩曲線布置時，曲率半徑不應(yīng)小于4m其它要求計算原理

受彎構(gòu)件加固后相對極限受壓區(qū)高度（ξb,r）應(yīng)符合下列規(guī)定

（1）對于重要構(gòu)件，ξb,r應(yīng)采用加固前控制值（ξb）的0.90倍

（2）對于一般構(gòu)件，ξb,r應(yīng)采用加固前控制值（ξb）的0.95倍

對矩形、T形或I形截面構(gòu)件受彎加固時，其正截面受彎承載力計算圖如下所示。矩形、T形截面受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計算圖

矩形截面或中性軸位于T形或I形截面翼板內(nèi)（

x≤h’f

）時，正截面承載力應(yīng)按下列公式確定

T形或I形截面且中性軸位于截面腹板內(nèi)（x＞h’f）時，正截面承載力應(yīng)按下列公式確定應(yīng)用實(shí)例案例1—加固空心板梁某高速公路某正交8m分離式立交橋，上部結(jié)構(gòu)為采用1×8m的簡支空心板梁，全橋共1跨由于超重車輛的長期作用，造成橋面鋪裝層的大面積破損和梁體底板的裂縫，使鋼筋發(fā)生銹蝕，從而引起混凝土開裂、剝落箱梁梁體由于開裂損傷，空心板梁的結(jié)構(gòu)豎向抗彎剛度偏弱，承載潛力不足空心板橋梁結(jié)構(gòu)外觀底板采用預(yù)應(yīng)力鋼絲繩-聚合物砂漿加固技術(shù)在每片空心板梁梁底增設(shè)1層49根高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩，采用Φ3不銹高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲繩，種類為1×19的鋼絲繩。聚合物砂漿采用結(jié)構(gòu)加固用Ⅰ級聚合物砂漿，砂漿厚度3cm加固方案(a)

平面(b)立面預(yù)應(yīng)力鋼絲繩張拉錨具錨固系統(tǒng)由錨頭、錨具和錨板組成，端部錨具采用化學(xué)螺栓法固定案例2---加固T梁

某橋位于北京市通州區(qū)九德路上，橋梁總長16.4m，為1孔12m普通鋼筋混凝土寬腹T梁結(jié)構(gòu)。該橋橫斷面共11片T梁，其中7片為1989年建造，汽車荷載等級為汽-15級，4片為2003年新建T梁，荷載等級為汽-20級(a)結(jié)構(gòu)外觀(b)橫截面預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固T梁橋橋梁立面與平面布置對于4片2003年新建T梁，腹板底張拉一層共23根預(yù)應(yīng)力鋼絲繩（a）立面及斷面（b）平面（新建T梁）針對主梁腹板板底采用張拉預(yù)應(yīng)力鋼絲繩的加固方法，采用鋼絲繩對舊橋進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固成部分預(yù)應(yīng)力混凝土橋加固所用鋼絲繩公稱直徑4.0mm，公稱面積9.55mm2，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1670Mpa；張拉控