桥梁检测评定与加固技术（第2版） 课件 第8章 8.7 预应力钢丝绳-聚合物砂浆加固技术

第八章桥梁上部结构的改造与加固技术南京林业大学江苏·南京——预应力钢丝绳-聚合物砂浆加固技术技术原理与特点通过对小直径的高强钢丝绳施加预应力，实现受弯构件底部受拉部位的加强。加固系统包括预应力钢丝绳、挤压锚头、端部锚具和反力支点技术原理预应力钢丝绳-聚合物砂浆加固技术原理图预应力钢丝绳-聚合物砂浆加固技术特点①待加固结构混凝土强度不受限制②耐腐蚀、防火性能好③具有理想的破坏模式④基本不影响结构外观⑤基本不影响结构净空⑤施工便利⑥主动性强材料性能高强钢丝绳可采用的钢丝绳包括高强不锈钢钢丝绳和高强镀锌钢丝绳。加固酸碱、潮湿、露天等腐蚀环境下的结构、构件，宜采用高强不锈钢钢丝绳。一般环境下，可选用高强镀锌钢丝绳高强钢丝绳采用高强钢丝绳加固混凝土结构时，应按《混凝土结构设计规范》（GB50010）的规定进行承载力极限状态计算和正常使用极限状态验算。钢筋和混凝土材料强度应采用实测值高强钢丝绳抗拉强度标准值及材料分项系数种类符号公称直径（mm）不锈钢钢丝绳镀锌钢丝绳抗拉强度标准值（MPa）材料分项系数γr抗拉强度标准值（MPa）材料分项系数γr1×19Φs3.0～7.016501.471 5601.4717701.471 6501.47类别弹性模量Erw（MPa）伸长率（%）不锈钢钢丝绳1.10×1051.6镀锌钢丝绳1.40×1052.1高强钢丝绳的弹性模量和伸长率砂浆端部锚固区及反力支撑范围的砂浆应选用Ⅰ级砂浆，端部锚固区为自锚具中心两边各不小于250mm

的范围，反力支撑范围为圆钢棒中心两侧各不小于200mm的范围其余范围可选用Ⅱ级砂浆砂浆等级劈裂抗拉强度（MPa）正拉粘结强度（MPa）抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）钢套筒粘结抗剪强度标准值（MPa）Ⅰ≥7.0≥2.5，且为混凝土内聚破坏≥12.0≥50.0≥12.0Ⅱ≥5.5≥10.0≥40.0≥9.0砂浆的基本性能指标主要途径与施工工艺开凿端部槽口制作与固定端部锚具浇筑锚固砂浆与防护砂浆张拉与锚固钢丝绳挤压钢丝绳锚头灌注槽口锚固砂浆设置反力点开凿端部槽口对待加固梁进行量测、放线确定两端设置端部锚具中心线位置，在中心线处沿跨度方向凿出宽度约10cm的端部槽口，深度以暴露出梁内部的构件已配纵筋、并能牢固焊接端部锚具主要途径与施工工艺：锚固系统1—锚头2—锚具3—锚板4—胶粘剂5—锚栓6—焊接点7—钢丝绳8—混凝土构件预应力钢丝绳锚固系统制作与固定端部锚具端部锚具由钢丝绳所承担的拉力荷载专门设计。为确保预应力钢丝绳张拉与锚固的方便，其外侧为开口形式高强钢丝绳锚具及槽道的宽度和间距由高强钢丝绳直径（d）、锚头直径（D）及高强钢丝绳数量确定，尺寸应符合规定高强钢丝绳锚具锚具实物图

锚具和锚板宜采用Q235或Q345钢；对于重要结构的构件应采用可焊性好的钢材，且不应低于Q235B项目槽道上口宽度（S1）槽道下口宽度（S2）开槽边距（S0）开槽深度（h1）锚具高度（hm）锚具宽度（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锚具及槽道尺寸（单位：mm）砂浆锚具砂浆灌注锚固砂浆灌注槽口锚固砂浆端部槽口灌注高强度、固化时间短、微膨胀、粘结性能好的高性能砂浆。灌注前应将周围混凝土凿毛、清除浮渣、冲洗干净为使张拉后钢丝绳能对梁产生向上的等效荷载，同时，考虑到由于施工等原因，钢丝绳与梁底不可能完全密实接触，在梁底预埋直径为6mm的细圆钢筋作为反力点梁底反力点的设置设置反力点钢丝绳下料长度根据两端端部锚具的间距及预应力钢丝绳的工作应力计算确定，下料时需要保证钢丝绳在拉紧状态下进行挤压锚头为铝合金双孔套筒式，钢丝绳穿入挤压锚头内孔，由专门设计的挤压模具、挤压机械对挤压锚头进行强力挤压，使挤压锚头与钢丝绳挤压成一体（a）挤压原理（c）锚固效果挤压钢丝绳锚头（b）锚头在一侧钢丝绳的一端直接穿入锚具的开口，另一端由张拉器进行张拉，张拉后伸长的挤压锚具超过锚具时进行锚固（a）张拉装置（b）张拉端（c）张拉完成（锚固端）张拉与锚固钢丝绳为保护钢丝绳，可在其外侧采用喷射、涂刷砂浆等方法进行防护，同时，该砂浆也能共同参与锚固钢丝绳，减轻锚具压力，减少预应力钢丝绳的松弛等（a）梁底支模

（b）底部涂抹砂浆

浇筑锚固砂浆与防护砂浆设计构造保护层厚度预应力高强钢丝绳的保护层厚度应从钢丝绳外表面算起并应根据现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010规定的环境类别，分别满足下列规定：一类环境，不应小于20mm二a类以上环境，不应小于30mm预应力高强钢丝绳受弯加固混凝土梁，当加固量较大时，可在梁底布置双层高强钢丝绳，两层钢丝绳锚具应交叉设置，且内层锚具宜比外层锚具低10mm及以上1—锚栓2—外层锚具3—内层锚具4—焊缝5—结构胶6—钢丝绳7—原结构梁抗弯加固层数布置预应力高强钢丝绳双层布置构造(a)锚具安装布置(b)预应力钢丝绳布置

预应力高强钢丝绳受剪加固混凝土梁，可根据工程情况选择布置方式抗剪加固布置1—锚头；2—锚具；3—锚栓；4—钢丝绳；5—锚板；6—Ⅰ级砂浆；7—端头受剪加固锚具布置构造

原混凝土结构表面应植筋。植筋宜为直径6mm的钢筋，植筋深度不应小于50mm。端部外露部分应设置90°或180°弯头，植筋间距不应大于500mm植筋构造混凝土结构加固面植筋构造（b）高强钢丝绳受剪加固

锚固系统安装前，原结构混凝土应开槽，混凝土开槽深度不宜小于锚板厚度，并不得破坏原构件受力钢筋开槽要求（a）高强钢丝绳受弯加固1—Ⅰ级砂浆2—锚栓3—钢丝绳4—弯头钢筋5—Ⅱ级砂浆6—反力点

预应力高强钢丝绳加固混凝土构件时，应垂直于受力钢丝绳的方向均匀设置分布钢丝绳，分布钢丝绳的直径不应小于加固用钢丝绳直径，且间距不应大于200mm预应力高强钢丝绳受弯加固混凝土梁施工时，应按规定进行预应力高强钢丝绳下料及张拉：

钢丝绳下料前，应先通过试验实测张拉控制应力下拉应变（ε）、锚具外缘尺寸（Li）并应按下式计算预应力高强钢丝绳的下料长度（L0）

Le——钢丝绳锚固端预留长度（mm）分布钢丝绳钢丝绳下料、锚固及张拉

预应力高强钢丝绳张拉时应横向对称，对称轴两边张拉完成的高强钢丝绳的数量之差不应多于3根预应力高强钢丝绳的下料长度1—锚头；2—锚具；3—钢丝绳钢丝绳下料、锚固及张拉砂浆应分层涂抹，每层的压抹厚度不应超过25mm，两层砂浆之间的涂抹时间间隔应以前一层砂浆初凝为准，第一层应采用Ⅰ级砂浆涂抹于原结构表面，涂抹厚度不小于高强钢丝绳直径。第二层采用Ⅱ级砂浆或细石混凝土涂抹，两层砂浆的厚度之和不应大于40mm砂浆涂抹厚度，可采用埋设混凝土预制块的方法控制，达到设计厚度要求时，应作好压抹收光。浆压抹收光后的30min至4h内，应进行养护，并应防止砂浆涂抹部位受到冲击砂浆涂抹要求采用焊接纵筋法固定端部锚具时，灌注锚固砂浆宜采用一级环氧砂浆，强度至少比待加固桥梁混凝土等级提高一级受弯加固和受剪加固时，被加固混凝土构件的实际混凝土强度等级不应低于C15预应力高强钢丝绳的自由长度超过10m时，应设置定位装置；预应力高强钢丝绳张拉时，应采用应力、伸长量双重控制。拉力偏差应在±100N范围内，伸长量偏差应在±0.5mm范围内；预应力高强钢丝绳曲线布置时，曲率半径不应小于4m其它要求计算原理

受弯构件加固后相对极限受压区高度（ξb,r）应符合下列规定

（1）对于重要构件，ξb,r应采用加固前控制值（ξb）的0.90倍

（2）对于一般构件，ξb,r应采用加固前控制值（ξb）的0.95倍

对矩形、T形或I形截面构件受弯加固时，其正截面受弯承载力计算图如下所示。矩形、T形截面受弯构件正截面抗弯承载力计算图

矩形截面或中性轴位于T形或I形截面翼板内（

x≤h’f

）时，正截面承载力应按下列公式确定

T形或I形截面且中性轴位于截面腹板内（x＞h’f）时，正截面承载力应按下列公式确定应用实例案例1—加固空心板梁某高速公路某正交8m分离式立交桥，上部结构为采用1×8m的简支空心板梁，全桥共1跨由于超重车辆的长期作用，造成桥面铺装层的大面积破损和梁体底板的裂缝，使钢筋发生锈蚀，从而引起混凝土开裂、剥落箱梁梁体由于开裂损伤，空心板梁的结构竖向抗弯刚度偏弱，承载潜力不足空心板桥梁结构外观底板采用预应力钢丝绳-聚合物砂浆加固技术在每片空心板梁梁底增设1层49根高强预应力钢丝绳，采用Φ3不锈高强预应力钢丝绳，种类为1×19的钢丝绳。聚合物砂浆采用结构加固用Ⅰ级聚合物砂浆，砂浆厚度3cm加固方案(a)

平面(b)立面预应力钢丝绳张拉锚具锚固系统由锚头、锚具和锚板组成，端部锚具采用化学螺栓法固定案例2---加固T梁

某桥位于北京市通州区九德路上，桥梁总长16.4m，为1孔12m普通钢筋混凝土宽腹T梁结构。该桥横断面共11片T梁，其中7片为1989年建造，汽车荷载等级为汽-15级，4片为2003年新建T梁，荷载等级为汽-20级(a)结构外观(b)横截面预应力钢丝绳加固T梁桥桥梁立面与平面布置对于4片2003年新建T梁，腹板底张拉一层共23根预应力钢丝绳（a）立面及断面（b）平面（新建T梁）针对主梁腹板板底采用张拉预应力钢丝绳的加固方法，采用钢丝绳对旧桥进行体外预应力加固成部分预应力混凝土桥加固所用钢丝绳公称直径4.0mm，公称面积9.55mm2，抗拉强度标准值fpk=1670Mpa；张拉控