1 前言
鋼筋砼梁由于設(shè)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(yīng)加固處理。加固方法分非預(yù)應(yīng)力加固和預(yù)應(yīng)力加固二種。非預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力加固法的主要優(yōu)點是見效快,隨著預(yù)應(yīng)力的施加,梁反拱,裂縫寬度減小,原有鋼筋和砼的應(yīng)力降低,是一種主動加固法。
傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)值gk=31.5kN/m,活載標(biāo)準(zhǔn)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(shè)設(shè)備,其恒載標(biāo)準(zhǔn)值為25kN/m,由于該結(jié)構(gòu)的柱、基礎(chǔ)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(shè)計計算
3.1 計算模型
預(yù)應(yīng)力在超靜定結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生次彎矩,較為復(fù)雜。為此,本文把無粘結(jié)筋的效應(yīng)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(shè)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yīng)變不相協(xié)調(diào),所以在極限狀態(tài)時,其極限應(yīng)力бpu的計算相當(dāng)復(fù)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(yīng)力增量與預(yù)應(yīng)力損失相等〔2〕,則極限應(yīng)力бpu等于張拉控制應(yīng)力бcon。規(guī)范規(guī)定бcon可取0.7fptk,fptk為強度標(biāo)準(zhǔn)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/m㎡,бcon=1209N/m㎡。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(shè)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(yù)應(yīng)力筋面積,計算值為236m㎡,取用二根無粘結(jié)筋(2×140m㎡)。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。
圖3 端部錨具
4.3 防腐措施:
無粘結(jié)筋具有良好的防腐性能,只需在鑿除處用環(huán)氧砂漿填充,錨具處涂環(huán)氧樹脂,用C30細石砼包裹。為了美觀,用C30細石砼對全梁進行包裹。在本工程中,去除柱處的無粘結(jié)筋套管,去除油脂,張拉后由環(huán)氧砂漿與柱粘成一個整體,形成雙保險。
在張拉結(jié)束24小時后,用百分表測跨中反拱4.5mm,梁原有的細小裂縫均已閉合。在加設(shè)的設(shè)備荷載作用下,梁跨中撓度為3.2mm,可見預(yù)應(yīng)力效應(yīng)大于設(shè)備荷載效應(yīng),經(jīng)鑒定確認加固成功,可以保證結(jié)構(gòu)安全。
集中張拉5根加固梁的施工時間僅為5小時,整個加固施工時間為9天,材料費僅為5000元左右,且無粘結(jié)筋所占空間很小,不影響使用。加固竣工一年來,未出現(xiàn)任何強度問題。
5 高效預(yù)應(yīng)力加固的優(yōu)點
。1)材料用量省,預(yù)應(yīng)力水平高。
。2)鋼絞線柔性好,施工方便。
。3)鋼絞線有足夠的長度進行多跨加固,加強結(jié)構(gòu)的整體性。
。4)有現(xiàn)成的錨具可供使用,不需要電焊,適宜于不允許有明火的場所。