1、北京特希達科技集團 地址：北京市朝陽區(qū)安外外館斜街泰利明苑大廈A座7層（總部） 南京市長江后街6號東南大學(xué)科技園A-107（研發(fā)中心）東南大學(xué)土木工程學(xué)院 地址：南京市四牌樓2號預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩抗彎加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 一項具有我國自主產(chǎn)權(quán)的加固新技術(shù)國家發(fā)明專利申請?zhí)枺?00610012294.5 目 錄 現(xiàn)有加固技術(shù)-1. 預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固技術(shù)的提出-5. 預(yù)應(yīng)力鋼絲繩力學(xué)性能-6. 加固工藝-8. 試驗研究-16. 試點工程施工-22. 試點工程動靜載測試-28. 結(jié)語-36 目 錄 現(xiàn)有常用加固技術(shù)混凝土結(jié)構(gòu)抗彎加固增大截面加固粘鋼加固粘貼纖維復(fù)合材料（FRP）加固體外預(yù)應(yīng)力加固其它不銹

2、鋼絞線網(wǎng)+聚合物砂漿加固 現(xiàn)有加固技術(shù)1 現(xiàn)有加固技術(shù)的優(yōu)缺點 加大截面法 可靠性好，承載力、剛度提高幅度大，缺點是施工周期長，增加結(jié)構(gòu)的自重，降低結(jié)構(gòu)有效空間 。 粘鋼加固法 對剛度提高明顯，但其材料自重大，施工復(fù)雜，抗腐蝕能力差，不防火，不適用于混凝土強度低的情況，且極限承載力的提高有限 。 粘貼纖維復(fù)合材料（FRP）加固法 材料自重小，施工方便，其缺點是對剛度提高不明顯，不防火，不適用于混凝土強度低的情況，易發(fā)生粘結(jié)破壞，承載力計算困難 。 現(xiàn)有加固技術(shù)2 體外預(yù)應(yīng)力加固法 剛度、承載力提高明顯，但施工復(fù)雜，成本高，錨固區(qū)應(yīng)力復(fù)雜，對其處理直接關(guān)系到加固效果和結(jié)構(gòu)安全 。 既有的混凝土結(jié)

3、構(gòu)抗彎加固技術(shù)都具有或施工復(fù)雜、成本高，或承載力和剛度提高不明顯、或不防火等局限性，不能滿足工程界對加固技術(shù)的期望要求。 現(xiàn)有加固技術(shù)3 高強不銹鋼絞線網(wǎng)滲透性聚合砂漿加固法 耐久性和耐火性較鋼板加固和CFRP加固好，但對剛度提高不明顯，對承載力的提高也是有限的 。 現(xiàn)有加固技術(shù)鋼絞線+聚合物加固技術(shù)體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)4梁底粘鋼加固加大截面加固碳纖維加固 能夠同時顯著提高構(gòu)件的剛度、承載力 能夠避免粘結(jié)破壞等脆性破壞的發(fā)生，而是發(fā)生受壓區(qū)混凝土壓壞，鋼筋屈 服，加固材料斷裂的延性破壞。 加固后構(gòu)件承載力易于準確估算。 施工操作方便適用面廣泛且成本低。 預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩加固新技術(shù)的提出5 怎樣才

4、算是一種理想的加固技術(shù)？ 針對現(xiàn)有加固方法的缺點基于以上的思考，提出了預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩加固混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)。 預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩力學(xué)性能 鋼絲繩：鋼絲繩選用高強、低松弛、高延性的鋼絲繩，其直徑不宜太大，以便于張拉和錨固 。試驗用鋼絲繩公稱直徑，計算面積2，其平均斷裂強度，彈性模量，極限拉應(yīng)變。試件破壞形狀 部分試件的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線6 預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩松弛性能 松弛曲線 24小時松弛試驗 192小時松弛試驗 首先進行了兩個試件24小時的松弛試驗：試件1初始應(yīng)力，24小時后的應(yīng)力，松弛率；試件2初始應(yīng)力894MPa，24小時后的應(yīng)力857MPa，松弛率。第2批1個試件（試件3）進

5、行了192小時的松弛試驗：初始應(yīng)力，192小時后應(yīng)，松弛率。綜上，鋼絲繩松弛小，能完全滿足工程需要。7. 加固工藝-流程錨具制作及其固定槽口灌注錨固砂漿反力點設(shè)置鋼絲繩下料與擠壓錨頭制作鋼絲繩張拉與錨固受彎構(gòu)件端部開槽鋼絲繩砂漿防護 預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩施工工藝：8. 加固工藝-流程加固構(gòu)件端部開槽錨具固定（焊接）槽口灌注錨固砂漿反力點設(shè)置9. 加固工藝-流程錨頭制作鋼絲繩張拉鋼絲繩砂漿防護10穿繩擠壓成型實圖擠壓機械及模具成形后實圖. 加固工藝-擠壓錨頭 擠壓錨頭制作過程11 錨具實物圖錨具單層錨具裝置雙層錨具裝置. 加固工藝-錨具實物12鋼絲繩一層錨固情況兩層疊合錨固情況 鋼絲繩張拉成形. 加

6、固工藝-鋼絲繩張拉13 鋼絲繩砂漿防護 為保護鋼絲繩，可在其外側(cè)采用噴射、涂刷砂漿等方法進行防護，同時，該砂漿也能共同參與錨固鋼絲繩，減輕錨具壓力，減少預(yù)應(yīng)力鋼絲繩的松弛等。 梁底支模 涂抹砂漿 . 加固工藝-砂漿防護14. 試驗研究-構(gòu)件介紹 共制作了9根鋼筋混凝土梁，梁長2000mm，截面尺寸150300mm，主筋314，屈服強度，混凝土立方體強度。其中一根梁為未加固的對比試件，其它梁分別用預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩、粘貼CFRP和鋼板加固。梁截面尺寸及加載方式如下圖所示。 試件設(shè)計試驗梁配筋圖試驗梁加載圖16. 試驗研究-破壞照片混凝土壓壞試驗裝置照片L1破壞照片L2 破壞照片端部粘結(jié)破壞鋼絲繩斷

7、裂L5 破壞照片17 各加固梁試驗結(jié)果見下表. 試驗研究-試驗結(jié)果18梁號加固方式開裂荷載屈服荷載極限荷載極限荷載提高值破壞特征（kN）（kN）（kN）（%）L1基準梁45124.7159.4-砼壓壞、鋼筋屈服L23層CFRP45152.5230.244粘結(jié)破壞L3先裂、后3層CFRP-165.4238.850粘結(jié)破壞L4鋼絲繩、無砂漿95190244.153砼壓壞、鋼筋屈服、端部鋼絲繩拉斷L5鋼絲繩砂漿90186.3243.853砼壓壞、鋼筋屈服、跨中鋼絲繩拉斷L6鋼絲繩剪斷85159.8178.912粘結(jié)破壞L7先裂、鋼絲繩砂漿-190248.756砼壓壞、鋼筋屈服、跨中鋼絲繩拉斷L86m

8、m鋼板75-1654粘結(jié)破壞L92層鋼絲繩砂漿125275.2328106砼壓壞、鋼筋屈服、跨中鋼絲繩拉斷注：（1） L8由于試驗時失誤，只記錄了開裂荷載，最大荷載，極限位移等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 （2） 鋼板加固的梁L8因施工后試驗前剪斷錨拴，故承載力提高不明顯。(a) 梁L1、L2、L4、L5、L9(b) 梁L1、L5、L6L1L2L4L5L9L1L6L5 部分梁荷載-位移曲線. 試驗研究-荷載位移曲線荷載（kN）位移（mm）位移（mm）荷載（kN）19 說明：（1）鋼絲繩加固在初期對剛度就有明顯的提高，而這是CFRP加固所不具備的，故預(yù)應(yīng)力鋼 絲繩在對已有損傷或無法卸載結(jié)構(gòu)的加固很有優(yōu)勢。（2）一

9、層預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固梁承載力提高53%左右，兩層加固梁承載力提高106%，尤其是， 2 層鋼絲繩加固的梁仍然發(fā)生鋼絲繩斷裂、鋼筋屈服、受壓區(qū)混凝土壓壞的破壞，故延 性好，而且承載力易于估算。 （3）鋼絲繩在錨具處剪斷的L6，發(fā)生粘結(jié)破壞，承載力提高不明顯，說明在端部可靠錨固很有 必要。. 試驗研究-荷載應(yīng)變曲線 部分梁荷載-應(yīng)變曲線(a) 梁L2(b) 梁L4 R3S1S2荷載/kN應(yīng)變/106R5(c) 梁L5（1）CFRP加固梁，最后發(fā)生粘結(jié)剝離破壞，破壞時CFRP應(yīng)變不到極限應(yīng)變的2/3，故CFRP沒有得到充分利用。（2）鋼絲繩加固梁，最后是受壓區(qū)混凝土壓壞，鋼絲繩被拉斷，鋼絲繩應(yīng)變達到1

10、5000 ，超過了應(yīng)變片量程，鋼絲繩強度得到充分利用。20. 試驗研究-裂縫寬度（1）加固后梁L5的裂縫限制較強， L9最強。（2）最大裂縫寬度為時，梁L1、L2、L5、L9的最大荷載分別是72、140、156、 256kN。（3）最大裂縫寬度為時，梁L1、L2、L5的最大荷載分別是142、188、212kN， L9直 至破壞時最大裂縫都未達?？梢姡A(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固對裂縫的限制較CFRP加固更為顯著，且2層鋼絲繩加固的限制作用能大比例的提高。 各梁裂縫寬度梁L1、L2、L5、L9裂縫寬度21L1L9L5L2. 試點工程-工程概況 工程概況 滬杭甬高速公路K30+649空心板橋為瀝青混凝土路面，

11、表面坑洼不平，絞縫破壞嚴重幾乎單板受力，板底裂縫開展很嚴重，論證專家一致認為需要換板，用預(yù)應(yīng)力鋼絲繩作臨時加固，加固效果的到專家的一致認可。取消原來的換板方案。專家討論會上展示預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固方案板底裂縫密集、絞縫破壞嚴重22. 試點工程-工程加固設(shè)計方案第一層鋼絲繩布置情況第二層鋼絲繩布置情況 工程加固設(shè)計方案注：加固三塊破壞最嚴重的板，每塊板均布置兩層鋼絲繩，每層50根。23轉(zhuǎn)向輪張拉裝置對稱張拉一層張拉結(jié)束第二層錨固端. 試點工程-施工過程24 張拉結(jié)束8鋼筋反力點圖. 試點工程-張拉結(jié)束25. 試點工程-竣工竣工照片26（1）施工過程監(jiān)控 部分預(yù)應(yīng)力鋼絲繩在施工張拉完成后的應(yīng)變值； 鋼

12、絲繩在施工張拉完成后的板跨中反拱值；（2）隨機汽車荷載下的動載試驗及恒定汽車荷載下的靜載試驗 包括隨機汽車荷載下的動載試驗及恒定汽車荷載下的靜載試驗兩部分，試驗擬定以下觀測內(nèi)容： 跨中L/2截面在試驗荷載下的撓度； 跨中L/2截面板底混凝土在試驗荷載下的正應(yīng)變； 跨中L/2截面處部分鋼筋在試驗荷載下的正應(yīng)變； 部分預(yù)應(yīng)力鋼絲繩在在試驗荷載下的應(yīng)變增加值；.試點工程-動靜載測試在本試點工程中，做了如下檢測：27靜態(tài)應(yīng)變議動態(tài)應(yīng)變儀動態(tài)儀聯(lián)機測試.試點工程- 動靜載測試28.試點工程- 反拱測試在施工過程中檢測了鋼絲繩張拉后，加固板橋的反拱情況，反拱值監(jiān)測結(jié)果如下：項目鋼絲繩張拉完成后反拱值（mm

13、）6號板7號板8號板測量值4347理論值3.63.63.6反拱檢測29 動載測試.試點工程-動載測試（1）隨機汽車荷載 根據(jù)甲方要求施工現(xiàn)場不封閉交通，即所有測試數(shù)據(jù)均在路面通車的動態(tài)情況下測定。加固前測試24小時以上，與施工準備工作交叉平行進行。加固后同樣測試24小時以上。測試橋梁動力響應(yīng)豎向撓度、混凝土、鋼筋及加固后鋼絲繩應(yīng)變時間歷程曲線。隨即行駛車輛下測試306號板跨中撓度分布頻率加固前后變化情況（加固前29841個數(shù)據(jù)點，加固后40433個數(shù)據(jù)點）.試點工程-動載測試結(jié)果31 從各板跨中撓度時程曲線加固前后的直觀對比可知，加固后的撓度峰值明顯減小。 靜載測試.試點工程-靜載測試（2）恒

14、定汽車荷載 在動態(tài)測試的同時，半封閉交通，測定恒定荷載下的響應(yīng)，限于道路封閉情況，恒定荷載采用如下兩種布載方式。32靜載車加載測試工況1試驗板跨中撓度加固前后變化對比圖.試點工程-靜載測試結(jié)果33 對比加固前后的試驗可知，預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固對于剛度的提高、撓度的減小是極其顯著的。工況2 試驗板縱筋L/2截面應(yīng)變加固前后變化對比圖34.試點工程-加固效果測試 對比加固前后的試驗可知，縱筋應(yīng)變通常能夠減小至加固前的50%60%左右，預(yù)應(yīng)力鋼絲繩承擔(dān)拉應(yīng)力，對既有縱筋應(yīng)力的減小是非常顯著的。35（1）K30+649空心板預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩加固使得空心板得到有效反拱，減小了汽車活載下的實 際撓度。（2）預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩對于增加截面剛度、減小跨中撓度是十分有效的。（3）由于預(yù)應(yīng)力的作用，各板跨中反拱值47mm；由于截面剛度的增加，最大活載沖擊作用下 撓度減小23mm；在最大活載沖擊作用下最終實際撓度減小610mm。（4）預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩中預(yù)應(yīng)力的施加，對空心板縱筋既有應(yīng)力存在減小的作用（5）預(yù)應(yīng)力高強鋼絲繩分擔(dān)截面拉應(yīng)