1、无粘结钢绞线体外预应力加固法8 无粘结钢绞线体外预应力加固法（征求意见稿）8.1 设计规定8.1.1 本方法适用于对钢筋混凝土受弯、受拉和偏心受拉构件的加固，不适用于素混凝土构件的加固。8.1.2 被加固的混凝土结构构件，其现场实测混凝土强度等级不得低于C10。8.1.3 采用本方法加固的混凝土结构，其长期使用的环境温度不应高于60。8.1.4 当被加固构件的表面有防火要求时，应按现行国家标准建筑防火设计规范GBJ 16规定的耐火等级及耐火极限要求，对加固材料进行防护。8.1.5 在预应力钢绞线端部锚具的支承垫板不小于100100mm的情况下，当端部锚固区的砼强度不低于C15时，端部锚固区混凝
2、土的局部承压强度可不作验算。8.2 无粘结钢绞线体外预应力加固钢筋混凝土梁8.2.1 当采用无粘结钢绞线体外预应力对梁进行加固时，应按下列规定计算： 1 梁的正截面强度按偏心受压构件进行计算； 2 在作构件强度计算时，应先确定构件达到极限状态时钢绞线的应力值；该应力值等于钢绞线的有效预应力值加钢绞线在构件达到极限状态时的应力增量值。计算中，可假定达到极限状态时钢绞线的应力即为施加预应力时的张拉控制应力，即假定钢绞线的应力增量值与预应力损失值相等。 当采用一端张拉，而连续跨的跨数超过二跨；或当采用两端张拉，而连续跨的跨数超过四跨时，距张拉端二跨以上的梁，其由摩擦力引起的预应力损失有可能大于钢绞线
3、的应力增量。此时可采用以下二种方法加以弥补： 方法一：在跨中设置拉紧螺栓，采用手工横向张拉的方法补足预应力损失值； 方法二：将钢绞线的张拉预应力提高至0.75fptk，计算时仍按0.70fptk取值。 3 跨中截面计算时轴向压力N近似取钢绞线的预应力张拉值Tp，跨中截面弯矩M近似取等于外荷载产生的弯矩减去钢绞线张拉力Tp乘以跨中钢绞线至大梁截面形心的距离。计算偏心距时应计入轴向力在偏心方向存在的20mm的附加偏心距，并考虑二阶弯矩影响的轴向压力偏心距增大系数。值按现行国家标准混凝土结构设计规范GB 50010确定。4 支座截面计算时，轴向压力N和截面弯矩M的计算方法与跨中截面的相同，计算偏心距
4、时也应计入20mm附加偏心距，但可不考虑偏心距增大系数。5 正截面强度计算也可采用简化计算方法“弯矩平衡法”进行计算。假定支座和跨中需要补足的弯矩（换算成简支梁弯矩），全部由预应力钢绞线提供的反向弯矩来平衡。反向弯矩值等于钢绞线的预应力张拉控制值乘以钢绞线在支座和跨中位置的高差值。钢绞线的根数近似由下述公式确定： 取整数式中：、梁两端需要补足的弯矩； 梁跨中需要补足的弯矩； 每根钢绞线的预应力张拉值； 钢绞线在支座和跨中位置的高差值。 6 大梁加固后斜截面强度的计算方法：钢绞线在支承垫板处要产生向上的集中力，该集中力要减小支承垫板与支座之间梁段的剪力，在作斜截面强度计算时应取减小后的剪力值。如
5、果钢绞线的支座处有一水平段，在水平段处的剪力没有减小。如该区段的斜截面强度不满足现行设计规范要求，则应采取粘贴钢板的方法进行加固处理。8.2.2 采用横向手工张拉时的设计和施工方法： 当无法采用纵向千斤顶张拉时，或当连续跨的跨数超过二跨（一端张拉）和超过四跨（二端张拉）时，须采用横向手工张拉或纵向千斤顶张拉与横向手工张拉相结合的方法。采用横向手工张拉时，其设计和施工方法如下： 1 钢绞线和铁件的布置： 钢绞线的规格一般采用极限强度为1860N/mm2的Uj15.2（7s5）低松弛无粘结钢绞线。钢绞线的形状近似与弯矩图形相一致，成对布置在大梁两侧的受拉区，跨中水平段必须在梁的底部。当钢绞线数量很
6、多时可排成数排。图8.2.21为一排钢绞线时的示意图，图8.2.22为布置二排钢绞线时的示意图，图8.2.23为一排时的仰视图。图8.2.21 一排钢绞线采用横向手工张拉时的体外预应力加固法图8.2.22 二排钢绞线采用横向手工张拉时的体外预应力加固法图8.2.23 钢绞线张拉后大梁仰视图 每跨钢绞线被支承垫板、中间撑棍和拉紧螺栓分为若干个区段。中间撑棍的数量应通过计算确定，对一般跨长的梁（如69m），可设置1根中间撑棍和两根拉紧螺栓；当梁的跨度不大时（如小于6m），可取消中间撑棍，仅设置1根拉紧螺栓；当梁的跨长很大时（如大于9m），一般需设置2根中间撑棍、3根拉紧螺栓。 2 中间撑棍数量的确
7、定方法：钢绞线的应力是通过拧紧设在梁底的拉紧螺栓进行横向张拉，使钢绞线伸长而建立起来的。若不考虑转折点处的摩阻力，其应力值为钢绞线的总伸长量除以总长度，再乘上弹性模量值。为了达到要求的总伸长量，必须设置一定数量的拉紧螺栓和中间撑棍。伸长量利用三角形的几何关系计算。 3 拉紧螺栓位置的确定：在确定拉紧螺栓位置时，应使拉紧螺栓两侧的钢绞线应力尽量均衡，减少钢绞线在拉紧螺栓处的纵向滑移量。 4 预应力施加方法： 施加预应力时利用U形拉紧螺栓，用手工旋紧螺帽，使梁侧的钢绞线向梁底中间位置靠拢，从而使钢绞线伸长，建立起所需要的应力。 在进行横向张拉前，先将梁底转折点处的支承垫板向外侧敲紧，对钢绞线进行初
8、张拉，然后再通过拉紧螺栓横向施加预应力。 为节省U形拉紧螺栓的工料费，在开始阶段先使用工具式U形拉紧螺栓，待张拉至一定程度后再换上较短的、直径较细的U形拉紧螺栓继续张拉。 在各跨拉紧螺栓拉紧时，需尽量保持同步。为此，必须同时缓慢拧紧螺栓，用量测两根钢绞线中距的方法进行控制。当钢绞线应力达到要求值以后，在每一根拉紧螺栓上应以双螺帽固定。 5 钢绞线应力测试方法： 为控制钢绞线的应力值，应在每跨梁梁底水平段的钢绞线上各设置一对铜头测点，用500mm或250mm标距的手持式引伸仪测试钢绞线的伸长量，进而推算应力值。 在贴铜片时，先用角向磨光机将钢丝的圆面磨成小平面，然后用502胶水粘贴。这项工作在钢
9、绞线安装就位并将支承垫板向外侧稍加敲紧时进行。 初读数在支承垫板向外侧敲紧前进行。待横向张拉拧紧螺栓感到吃力时，再开始用手持式引伸仪测量伸长量，然后逐步使伸长量达到设计要求（应力值等于伸长量除以标距，再乘钢绞线的弹性模量值）。 6 张拉应力控制值： 根据设计规范规定，钢绞线的张拉控制应力可取0.75fptk。考虑到进行横向张拉时钢绞线的应力值是由应变值按弹性模量推算得到的，如果应力过高，钢绞线的塑性变形增加，推算得到的应力值就不能反映实际情况，而且钢绞线经转折后抗拉强度要降低，故张拉控制应力不宜过高，一般取0.6fptk。8.2.3 用纵向千斤顶张拉时的设计和施工方法： 对可以采用纵向千斤顶张
10、拉的大梁，应优先采用本方案。其设计和施工方法如下： 1 钢绞线的布置：钢绞线一般采用极限强度为1860N/mm2的Uj15.2（7s5）低松弛无粘结钢绞线，成对布置在梁的两侧，钢绞线的形心至梁侧的距离一般约为40mm。钢绞线的形状应与需补足的弯矩图相似。一般情况下，采用二根钢绞线便能满足要求。当需要补强的钢绞线数量很多时可以排成数排。为了不影响净高，可以把钢绞线在跨中的支承点设在梁底以上的位置。钢绞线可采用连续跨布置，以加强结构的整体性，并简化节点构造。如图8.2.31所示的四种做法。图8.2.31 钢绞线的几种布置方法2 铁件的设置： 为了形成设计要求的钢绞线的形状，应在钢绞线的转折点处设置
11、支承垫板或钢吊棍等铁件，在两端应设置钢垫板或钢销棍。 3 预应力施加方法： 当钢绞线采用连续跨布置时，应尽可能采用两端纵向张拉以减少摩擦力损失；当采用一端纵向张拉，跨数多于两跨时，应在第三跨及后面的各跨的跨中设置拉紧螺栓进行手工横向补张拉，以补足由摩擦力引起的预应力损失值。 纵向张拉的工具采用穿心千斤顶和高压油泵，张拉力直接从油压表中读取。张拉时应采用交错张拉的方法：先在一端张拉，把第一根钢绞线张拉至一半张拉控制值，再张拉另一侧钢绞线至张拉控制值，然后再把第一根钢绞线张拉至张拉控制值。如有数排钢绞线，也采用同样方法。一端张拉后再到另一端把钢绞线的张拉力全部补足。 4 张拉应力控制值： 当采用千
12、斤顶纵向张拉时，钢绞线的张拉应力控制值一般可取0.70fptk，当连续的跨数较多时，可采用0.75fptk。fptk为钢绞线抗拉强度标准值。8.2.4 预应力钢绞线节点做法1 端部锚固节点做法：钢绞线端部的锚固宜采用圆套筒三夹片式单孔锚，端部支承可采用图8.2.4-1中的几种方法。当边柱侧面至梁侧面的距离大于50mm时，可将柱子钻孔，将端部锚具通过钢垫板支承于边柱外侧面；在边柱侧面至梁侧面距离不大于50mm时，将锚具通过钢垫板支承于柱侧梁的外侧面上；当柱侧无梁时要将锚具通过槽钢垫板或钢垫板加销棍支承于柱的外侧面。 当无法设置钢垫板时，可用取芯机在梁端上部截面或柱子上钻孔，设置圆钢销棍，将锚具通
13、过圆钢销棍支承于梁端或柱子上。圆钢销棍可采用60的45#钢制作，锚具支承面处要加工成平面。当梁的混凝土质量较差时，可设置内径与圆钢销棍直径相同的钢管垫，用快硬水泥砂浆或堵漏剂坐浆。施工时端部钢垫板接触面处的混凝土面必须平整，如果不平整则应用快硬水泥砂浆或堵漏剂找平。方法1 方法2 方法3 方法4方法5 方法6 方法7 方法8图8.2.41 端部锚固方法示意图当有较多数量的钢绞线锚固在梁端横梁上时，如果横梁比较薄弱承受不了时，应在一部分钢垫板上加钢销棍，由钢销棍承受钢绞线的拉力。2 中间连续节点做法：中间连续节点可采用图8.2.42的四种做法。当中柱侧面至梁侧面的距离大于50mm时可将钢绞线直接
14、支承在柱子上；当中柱侧面至梁侧面的距离不大于50mm时，可将钢绞线支承在柱侧的梁上；柱侧无梁或梁的截面较薄弱不能承受钢绞线的拉力时可用钻芯机在中柱上钻孔，设置钢吊棍，将钢绞线支承在钢吊棍上；如果支座负弯矩承载力也需要补强，中间连续节点处的钢绞线应设置水平段，转折点处设置钢吊棍，水平段的长度按计算确定。当采用多跨连续张拉时，为了减少中间支座转折点处的摩擦力，应在中间支座设置钢吊棍；当连续跨的跨数不多时，则中间支座可不设钢吊棍，钢绞线直接支承在柱子或柱侧的横梁上。钢吊棍采用60或50（仅一侧钢绞线为斜向时）厚壁钢管制作，内灌细石混凝土。此时若梁端抗剪承载力不足，可采用粘贴钢板的方法解决。方法1 方
15、法2 方法3 方法4图8.2.42 中间连续节点做法 8.2.5 防腐和防火措施：防腐和防火措施可采用以下两种方法：当无外观要求时，可将无粘结钢绞线用80直径的1：2水泥砂浆包裹，铁件用C25细石混凝土包裹；当有外观要求时，将钢绞线和铁件均用C25细石混凝土包裹，如图8.2.21和图8.2.22所示。端部锚具用C25细石混凝土封闭。当钢绞线用水泥砂浆包裹时，可采用80PVC管对开，内置1：2水泥砂浆，然后将钢绞线包裹在管内，用铅丝绑扎，第二天将PVC管取下。8.3 无粘结钢绞线体外预应力应用于改变结构体系8.3.1 用于拔柱时的设计和施工方法： 当要拔除的柱子所承受的轴向荷载不是很大时，可采用
16、“无粘结钢绞线体外预应力加固法”对大梁进行加固，然后将柱子拔除。此时原梁端部的负弯矩承载能力和抗剪承载能力仍存在，但不足部分及跨中的全部正弯矩要由所加的预应力钢绞线承担。这种情况必须采用纵向千斤顶张拉施加预应力。为了确保安全，钢绞线数量不宜少于四根，也不宜多于八根。如果预应力加固后梁端抗剪承载能力仍不足，可采用粘贴钢板的方法解决。柱子在预应力张拉以后敲掉。柱子敲掉后应将所有钢绞线和铁件及两端锚具用C25细石混凝土包裹，当无外观要求时，钢绞线也可用80直径的1：2水泥砂浆包裹。具体做法见图8.3.1。图7.3.1 体外预应力加固技术用于拔柱时的示意图 如果拔柱后两侧的柱子和柱基承受不了新增加的荷
17、载，则两侧的柱子和柱基在拔柱之前必须先进行加固，必要时要设置锚杆静压桩，以避免柱基产生过大沉降。8.3.2 用于拆墙时的设计和施工方法： 当承重墙所承受的荷载不是很大，长度也不是很长，而且墙顶设有钢筋混凝土圈梁时，可采用“无粘结钢绞线体外预应力加固法”对圈梁进行加固，然后拆除承重墙。此时，把圈梁变成三跨连续梁，跨中的二个支点处由预应力钢绞线提供向上反力。如果跨度较大，可将支承垫板的高度加高，使向上的反力满足承载力的要求。钢绞线的数量可通过计算确定。为了确保安全，钢绞线的数量不宜少于4根，但也不宜大于8根。在拆除承重墙的改造工程中，一般要在两侧增设钢筋混凝土柱子，或对原构造柱进行加固。柱基必要时
18、要设置锚杆桩，以避免产生过大沉降。具体做法见图8.3.2。图7.3.2 体外预应力加固技术用于拆墙时的示意图8.3.3 用于减小大梁截面高度时的设计和施工方法：当改造工程中需要对大梁的截面高度减小时，梁下部的正主筋将全部去掉，跨中截面的承载能力将全部丧失，而且截面刚度大大降低，大梁的负主筋和箍筋虽然仍保留，但负弯矩承载能力和抗剪承载能力已大大减小。在减小大梁截面高度之前，必须先用“无粘结钢绞线体外预应力加固法”对大梁进行加固。钢绞线的数量通过计算确定，成对布置在大梁两侧的受拉区，形状一般采用三折线形，与梁的弯矩图形近似一致。跨中最下一排水平段钢绞线与减小后的梁截面底边相距3cm左右，转折点处用
19、取芯机在梁上钻孔，设置钢吊棍（必要时应设置钢管垫）。为了避免去除下部梁截面混凝土时伤及上部梁截面混凝土，可在上部梁截面的下部粘贴一条钢板；如不设钢板，在去除下部梁截面混凝土时要先用切割机沿分界线割出一条凹槽。为了避免两端底部素混凝土处应力集中，和增强支座截面负弯矩承载能力，可保留两端部分截面，做成牛腿状。钢绞线采用纵向千斤顶张拉，张拉以后再去掉下部梁截面的混凝土。在去掉下部梁截面混凝土时，要保留一定长度的箍筋，在底面弯折后相互焊接，并设置3 10纵向构造钢筋，以抵抗收缩应力。然后设置底模和边模，底部用高强无收缩灌浆料灌实，两侧用C25细石混凝土振捣密实。具体做法见图8.3.3。图8.3.3 体外预应力加固技术用于减少大梁截面高度时的示意图当有抗震要求时，应在两端梁底位置用植筋的方法将所需的正弯矩钢筋植入柱子内。
