體外預應力張拉和大筑建筑結(jié)構(gòu)膠預應力錨具品牌企業(yè)VIP

1、結(jié)構(gòu)修補膠和體外預應力加固體育場看臺板的設計、施工與測試祝亦霖，鄒鮮江，李勝安，張啟豫，朱天順，祝又霖，李福志（武漢大筑建筑科技有限公司 武漢 430014）楊勇，劉士清，胡群言（湖北省建筑科學研究院 武漢 430021） 摘 要：湖北省新華路體育場使用近五十年，由于觀眾看臺板（預制“L”型鋼筋混凝土板）損壞嚴重，已停用五年。應用混凝土結(jié)構(gòu)修補膠修復和體外預應力張拉相結(jié)合的加固技術(shù)，使觀眾看臺板能正常使用,并可再連續(xù)使用十五年。關(guān)鍵詞：觀眾看臺板;結(jié)構(gòu)修補膠;體外預應力;加固一、 工程概況武漢市某體育場建于1953年，建筑面積近40000m2，容納觀眾3萬余人，體育場呈橢圓形，南北長240m，

2、東西寬180m，有16個觀眾看臺和東西司令臺。觀眾看臺為二層混合結(jié)構(gòu),獨立磚柱，現(xiàn)澆鋼筋混凝斜梁（以下簡稱：斜梁）和預制“L”形鋼筋混凝土看臺板（簡稱：“L”型板，見圖1）。由于年久失修，自然損壞嚴重，“L”板底部和側(cè)邊混凝土大部分呈風化、開裂脫落和露筋狀況，鋼筋銹蝕嚴重的占52.4%，部分鋼筋已銹蝕斷裂，嚴重影響使用安全。2000年，省體育局決定加固維修，并要求再連續(xù)使用15年。2001-2002年，由湖北省建筑科學研究設計院設計，武漢大筑建筑科技有限公司施工，湖北省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心測試，共同圓滿地完成了此項工程，2003年正式投入使用。1.加固的方法是：（1）用結(jié)構(gòu)修補膠修復

3、“L”型板，修復面積5400m2；（2）用外包鋼三重連接技術(shù)加固斜梁和磚柱,斜梁：64條，外包鋼板面積1900m2；磚柱：88根，外包100×8角鋼。該技術(shù)詳見：建筑結(jié)構(gòu)2002年第4期，鋼筋混凝土柱三重連接加固技術(shù)的試驗。（3）用體外預應力鋼絞線加固“L”型板；（見圖1）2.加固的測試方法是：（1）對完工后的單根預應力鋼絞線張拉和單個觀眾看臺區(qū)內(nèi)鋼絞線整體張拉進行測試（注：每個看臺區(qū)用20根鋼絞線張拉加固）（2）用靜荷載測試加固后的單個觀眾看臺區(qū)。3.加固后的效果：（1）測試結(jié)果表明看臺板修復和加固后，滿足使用要求；（2）加固后使用一年多來，未出現(xiàn)任何異常，情況良好。二、 設計計算

4、1. 加固原理結(jié)構(gòu)修補膠修復“L”型板和體外預應力加固相結(jié)合，其方法是：先用結(jié)構(gòu)修補膠將已損壞的“L”型板修復，再對“L”型板進行體外預應力加固，即在每塊板下增放二個鋼支撐架，鋼絞線穿過支撐架，形成折線，兩端錨固在斜梁上，在支撐點處產(chǎn)生向上的反力，部分平衡看臺板上的荷載，既起到卸載的作用，又減小了裂縫寬度和撓度，使看臺板能正常使用。2. 體外預應力加固計算（1） 加固時的張拉控制應力確定 考慮到預應力筋為折線型布置，為防止預應力筋在支撐點處因鋼絞線張拉應力過高而折斷，且原有看臺板的預應力筋已有預應力作用，并為保證結(jié)構(gòu)的彈性性質(zhì)，加固設計采用荷載平衡法，以體外預應力平衡恒載，張拉控制應力不宜過高

5、，以支撐點處產(chǎn)生的向上反力平衡結(jié)構(gòu)自重為佳，當結(jié)構(gòu)承受外力時跨中產(chǎn)生變形，鋼絞線的應力會繼續(xù)增加，從而保證了結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。根據(jù)以上原則，張拉控制應力?。篶on=0.35，fPR651Mpa，設計建議加固時的張拉系數(shù)為0.35，j15鋼絞線fpk=1860Mpa。（2）摩擦損失計算該工程體外預應力加固板計算時，由于該工程彎折點處預應力筋的曲率和局部壓力較大，因此預應力損失以摩擦損失為主。一端張拉，摩擦損失：e=con1-e-（RX+）=13.9%con，故在設計時僅考慮摩擦損失，并通過實測予以驗證。（3） 承載力張拉試驗值本工程體外預應力筋的應力p設計值計算公式：p=pe+（500-77

6、00）/1.2 (跨高比L/h35的構(gòu)件)p=pe+（250-3800）/1.2 （跨高比L/h>35的構(gòu)件）本工程計算結(jié)果：p=537.1M Pa。（注：試驗值一端張拉時p=544.7M Pa，計算值與試驗值基本吻合。）（4） 看臺板端部節(jié)點構(gòu)造措施加固時每根鋼絞線張拉力為91.1KN，共有20根鋼絞線，兩端錨固在看臺板兩端的斜梁上。張拉端錨固細部設計見圖2，錨具錨固后用C30微膨脹細石混凝土封閉。（5）斜粱加固計算（略），由于鋼絞線錨固于斜粱上，使斜梁產(chǎn)生側(cè)向拉力，故對斜梁進行外包鋼三重連接加固并與鄰近的斜梁（同樣加固）用鋼支撐連接，以承受張拉力。 三、 加固施工（一）“L”型板的混

7、凝土缺陷修復該工程施工時間為79月份，武漢氣溫高達3941攝氏度，若用一般的環(huán)氧膠泥無法修復大面積的“L”型板的底部和側(cè)邊混凝土，其原因是：（1）抹上的環(huán)氧膠泥在未固化前流淌嚴重；（2）環(huán)氧膠泥與涂抹工具粘結(jié)在一起，無法操作。經(jīng)試驗，選用武漢大筑建筑科技有限公司生產(chǎn)的混凝土結(jié)構(gòu)修補膠，該膠屬改性環(huán)氧膠，粘結(jié)強度好，垂直粘貼不流淌，施工時不與金屬工具和手粘結(jié)。每人日平均修復面積超過60 m2。 大筑結(jié)構(gòu)修補膠的技術(shù)性能和施工工藝如下：1. 技術(shù)性能：表一.大筑結(jié)構(gòu)修補膠技術(shù)性能噴射底膠修補膠甲組分乙組分甲組分乙組分外觀淡黃透明液體棕色液體白色膏狀黃色膏狀可操作時間（25min）3060操作溫度（

8、）-550-550垂直流淌性（10mm厚膠，25，垂流mm）1正拉粘結(jié)強度（MPa）2.54混凝土-混凝土粘結(jié)抗拉C70混凝土破壞鋼-鋼粘結(jié)剪切(MPa)12拉伸(MPa)24壓縮強度（MPa）702. 施工工藝：(1) 將風化、疏松、開裂等破損的混凝土層鑿除干凈；(2) 將重防腐涂料涂刷于銹蝕的鋼筋上（二遍）；(3) 將噴射底膠均勻的噴射于混凝土表面12道（作用：底膠浸透于混凝土表層，增強表層強度和提高粘結(jié)強度）；（4） 指干后，將結(jié)構(gòu)修補膠用抹刀輕輕的涂抹于混凝土構(gòu)件上，刮平抹光，使其美觀。（二） 預應力張拉加固 “L”型板1、 對16個觀眾看臺板均采用體外預應力張拉加固（見圖3）2、 “

9、L”型板體外預應力加固形式：在每塊板底安裝兩塊鋼支撐，將鋼絞線穿過鋼支撐的預留孔口，再按一定角度向上穿過斜梁，兩端錨固于加固后的斜梁上。（見圖4a）3、 預應力施工技術(shù)：選用j15低松弛預應力鋼絞線，fpk=1860Mpa；錨具采用HVM15-1型單片錨具，張拉設備為YDC240Q型千斤頂，配套ZB4-500高壓油泵。千斤頂性能參數(shù)如下：性 能名 稱張拉噸位（KN）張拉活塞面積（mm2）行程（mm）穿心孔直徑（mm）外型尺寸（mm）重量（kg）YDC-240Q240477120018.3108×58018.2 （1）張拉控制應力及伸長值控制 張拉控制應力con，按設計要求，con=0

10、.35fpk=0.35×1860MPa=651 MPa，截面積140mm2，張拉力為91.1KN。單邊張拉，不進行超張拉，張拉分級加載到100%con。 伸長值控制： 跨中應力中=con×（1/eK·X+·） 其中K=0.004，=0.12，X=6×3.372m=20m（鋼絞線長度平均值）該工程預應力筋張拉體系中，單根預應力筋共有12個豎向折角和5個橫向折角，分別為：豎=tg豎=35/1140=0.0307rad橫=tg豎=（3624-3118.7）/（5950×2）=0.0425rad=0.0307×12+0.425

11、15;5=0.5809則中=con×（1/eK·X+·） =651× 1/e0.04*1000+0.12*（0.3684+0.1272）=505 MPaL=/E×L=（651+505）/2×2×105×3372×3×2 =53.8mm即一端張拉伸長值約為54mm。 張拉后，單個鋼支撐的支座反力：N邊=Aty=651×140×ty1.759=2.8KNN中=Aty=505×140×ty1.759=2.2KN（2）預應力張拉在實際施工中，每根鋼絞線需穿過七條不

12、平行排列的混凝土梁，所以每根鋼絞線在垂直方向為折線，在水平方向為弧線，為保證鋼絞線在其張拉過程中減小應力損失，在每個混凝土梁的穿孔內(nèi)設置一根薄壁鋼管套管，鋼管內(nèi)部平滑的表面減小了鋼絞線在孔內(nèi)的摩擦系數(shù)（見圖5）。為有效防止預應力鋼絞線的應力損耗，張拉時采用分級施加的方法，即每次張拉時對每根鋼絞線張拉50%的設計拉力。為確保張拉質(zhì)量，在張拉前對所有鋼絞線進行單向抽動，按圖示編號再次進行復核。采用兩套千斤頂，由每個標準間上下向中間同步進行張拉。根據(jù)理論伸長值，確定現(xiàn)場張拉的伸長值合格范圍。四、 加固質(zhì)量的測試（一） 預應力鋼絞線的測試1. 測試內(nèi)容：鋼絞線應力數(shù)據(jù)，外包鋼加固混凝土斜梁的應力應變，

13、看臺板的變形和裂縫，夾具變形和鋼筋內(nèi)縮值。共測試了6根單根 鋼絞線張拉狀況和單個觀眾看臺區(qū)在20根鋼絞線共同作用下的加固梁應力狀況。2. 本次測試采用頻譜法索力測試原理，即將高靈敏度的拾振器緊固在鋼絞線上，拾取鋼絞線在外界環(huán)境激勵下的振動信號，并對其進行濾波，放大和頻譜分析，進而得到鋼絞線拉力大小。3. 測試所用主要儀器：IFM168型索力測試儀，J28P10R型靜態(tài)電阻應變儀，BE1204AA型應變片，計算機及數(shù)據(jù)分析處理軟件。4. 測試結(jié)果：（1） 未使看臺板產(chǎn)生較大的變形又起到了支托看臺板的作用，說明鋼絞線張拉力值是適宜的。（2） 混凝土斜梁經(jīng)過加固后，側(cè)向剛度得到了很大的提高，在鋼絞線

14、張拉力作用下僅發(fā)生了很微小的相對側(cè)向變形，沒有產(chǎn)生整體滑移變形，是安全可靠的。（3） 鋼絞線張拉后各看臺板均未發(fā)現(xiàn)裂縫，豎向變形較小，均不大于0.51mm，處于彈性工作狀態(tài)。（4） 無粘結(jié)預應力鋼絞線的摩擦損失很小，均小于16.3%。5. 測試結(jié)果分析 （1）錨具應力損失 由試驗測得夾片引起的錨具應力損失較穩(wěn)定（圖6）但從圖中可看出兩端張拉因夾片內(nèi)縮引起的錨具應力損失大于一端張拉時的錨具應力損失。（2）臺板撓度和裂縫檢查 看臺板在單根張拉時撓度較小均不大于0.51mm，說明在設計張力作用下，看臺板有輕微變形，并處于彈性工作狀態(tài)，經(jīng)在看臺板板肋處粉刷石膏漿，鋼索張拉后觀測各看臺板均未發(fā)現(xiàn)裂縫（圖

15、7）。6. 測試結(jié)論：根據(jù)測試結(jié)果，加固效果可滿足設計要求。（二） 看臺板加固工程的靜載測試1. 測試內(nèi)容：對加固后的一個觀眾看臺區(qū)進行現(xiàn)場靜荷載測試。2. 堆載重物及最大荷載用砂袋作堆載重物，最大實驗荷載加至4.375KN/m2。（設計荷載為3.5KN/m2）3. 測試主要儀器 J28P10R型靜態(tài)電阻應變儀，計算機及數(shù)據(jù)分析處理軟件等。4. 測試結(jié)果（1） 加載板下的最大變形值為0.62mm。（2） 空載板向下的最大變形值為0.34mm。（3） 在荷載試驗過程中，看臺板未出現(xiàn)新的裂縫。（4） 測試結(jié)論： 荷載試驗結(jié)果表明，武漢市某體育場看臺板經(jīng)加固修復后，滿足使用要求。五、 加固效果武漢市某體育場加固后，進行了裝修改造，面貌煥然一新。一年