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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】无粘结预应力钢绞线加固技术的应用

19 2023-09-08 11:41:23

某综合楼为3层砖混结构,总建筑面积约为1100m2,建成至今,已使用近12年,其设计和施工无图纸和记录存档。现场勘察发现施工质量低劣,尤其是混凝土工程;结构设计也不合理,建筑物各层横轴4~7间为大开间,用作营业厅和会议室,设置了4道大梁(一端带挑梁),砖砌体承重。楼屋面均采用预制空心板(包括外走廊和雨棚),屋面未采取保温隔热措煎.单侧无组织排水。


1、检测与鉴定概况


1.1、裂缝状况

梁上裂缝多属温度裂缝,最大宽度0.15mm,主要发生在跨中部位,呈典型的弯曲裂缝形态。部分屋面梁两端产生斜裂缝(宽度0.1mm),长度约占梁高的l/3。

1.2、混凝土剥蚀状况

屋面梁及雨棚挑梁混凝土存在不同程度的剥蚀,⑥轴和④、⑤轴挑梁尤为严重,其中④轴挑梁局部表面已剥蚀近50mm,梁内钢筋锈厚约1.5mm。现场检测时凿开了部分梁的保护层,发现混凝土骨料级配不当,几乎都是大骨料,粒径较大,其中有两处凿开检查时发现混有砖、泥等杂物。梁内钢筋普遍锈蚀。屋面排水侵蚀也加剧了屋面梁混凝土的剥蚀。

1.3、混凝土强度评定

采用混凝土强度拔出仪和回弹仪检测、评定。楼面梁混凝土强度平均值为15.8MPa,屋面梁强度平均值为13.8MPa。检测结果表明,用作大梁的混凝土强度太低。

1.4、鉴定结论

根据现场调查和检测的情况,经分析计算,楼、屋面梁正截面(控制截面)的抗弯能力普遍不足,差值在19.28~29.24kN·m范围内,占复核设计要求承载力的16%~24%。为确保安全,必须加固0.15mm,主要发生在跨中部位,呈典型的弯曲裂缝形态。部分屋面梁两端产生斜裂缝(宽度0.1mm),长度约占梁高的l/3。

1.5、混凝土剥蚀状况

屋面梁及雨棚挑梁混凝土存在不同程度的剥蚀,⑥轴和④、⑤轴挑梁尤为严重,其中④轴挑梁局部表面已剥蚀近50mm,梁内钢筋锈厚约1.5mm。现场检测时凿开了部分梁的保护层,发现混凝土骨料级配不当,几乎都是大骨料,粒径较大,其中有两处凿开检查时发现混有砖、泥等杂物。梁内钢筋普遍锈蚀。屋面排水侵蚀也加剧了屋面梁混凝土的剥蚀。

1.6、混凝土强度评定

采用混凝土强度拔出仪和回弹仪检测、评定。楼面梁混凝土强度平均值为15.8MPa,屋面梁强度平均值为13.8MPa。检测结果表明,用作大梁的混凝土强度太低。

1.7、鉴定结论

根据现场调查和检测的情况,经分析计算,楼、屋面梁正截面(控制截面)的抗弯能力普遍不足,差值在19.28~29.24kN·m范围内,占复核设计要求承载力的16%~24%。为确保安全,必须加固。


2、加固方案


2.1、加固方法

应用无粘结预应力钢绞线技术进行梁加固。楼面和屋面梁结构形式相同,抗弯强度的不足程度较为接近。加固设计时为偏于安全,可选取最大应提高的抗力值(即29.24kN.m)作为各根被加固梁的设计依据,故选用相同的加固方案。

2.2、加固作用

采用无粘结预应力钢绞线加固梁,对梁的整体结构性能均有较大的改善。加固所产生的加固力是自平衡力系,且对原结构是反向荷载作用,既抵消了部分原结构上作用的外荷载,也改善了梁自身的结构性能,如预应力作用所产生的反拱和裂缝闭合。加固不仅提高了梁正截面的抗弯能力,对支座附近的斜截面抗剪强度亦有很大程度的提高。

2.3、加固材料

无粘结预应力钢绞线、钢绞线涂包油脂、套管材料及壁厚;铺具采用三夹片单孔锚具。

2.4、构造措施

支撑垫板采取与梁内主筋焊接生根,垫板尺寸为300mm×80mm×12mm,钢板上焊接¢18光圆钢筋(长300mm),以保护钢绞线套管在支撑点处不破损并减小张拉时的摩阻力,同时也加强了垫板的刚度。梁内主筋的保护层厚度一般都在30mm以上,钢绞线(含套管)直径为19.2mm,因此钢绞线张拉施工结束后,其下边缘至梁底尺寸在20mm左右,可做抹灰包裹,不影响构件的外观。锚固垫板的尺寸为300mm×150mm×16mm,张拉施工时安放在梁端锚固位置上。该工程被加固梁的截面尺寸为240mm×420mm。


3、加固效果


加固施工中,单根钢绞线的实际张拉力为100kN,以避免锚固位置和支撑位置的偏差所带来的不利影响。

该加固工程,各项张拉力损失值总计为25.8kN,实际有效张拉力为74.2kN。被加固梁跨中段正截面抗弯强度提高值为31.13kN.m;主跨两端支座范围内斜截面抗剪强度提高值为33.69kN;挑梁支座截面抗弯强度提高值为22.l6kN.m;挑梁支座斜截面抗剪强度提高值为13.68kN。跨中反拱变形计算值为4.37mm;挑梁梁端反向变形计算值为0.85mm。另外,张拉施工结束后,梁上跨中和支座原有的裂缝基本闭合。

施工中对被加固梁抹25mm厚1:2水泥砂浆,用107胶涂刷被加固梁外表面,构件外观看不到加固痕迹。


4、结语


钢绞线材料的强度高、长度取值大、柔韧性好,对梁板类构件的加固,易形成各种较好的布筋方案,从整体上改善构件的结构性能。尤其适用于大跨度梁、板、屋架和多跨连续梁板的整体加固。

由于油脂和套管的作用,施工中摩阻力很小,易控制有效张拉力和加固效果。

加固施工速度快,不影响被加固构件的外观和使用功能。该加固工程,在不影响正常营业的条件下,仅用10d时间完成了12根梁的加固施工。