预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构及其加固方法技术

一种预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构及其加固方法，具有待加固混凝土构件、加固系统、及设置在所述待加固混凝土构件底部的防护系统，其中，加固系统包括间隔固定于待加固混凝土构件底部的至少一对端部锚具；一根以上的预应力钢丝绳通过两端安装的挤压锚头嵌置于所述每个端部锚具内，且固定在所述预应力钢丝绳两端的挤压锚头位于所述端部锚具外侧；在待加固混凝土构件底部、且在上述端部锚具之间间隔设置一个或一个以上的反力支点。本发明专利技术克服了公知的抗弯加固混凝土的结构及方法存在的缺陷，能够有效提高受弯构件的刚度、开裂荷载、极限荷载，施工成本较低，抗腐蚀能力强，具有优良的结构性能和经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种具有预应力钢丝绳的加固混凝土结构，尤其是一种用于混凝土抗弯加固中的预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构及其加固方法。
技术介绍
很多房屋、桥梁、隧道等建筑物，由于材料老化、荷载增加、结构部分损坏、使用功能改变、设计与施工缺陷以及地震、战争等原因，均会导致原有结构的承载力满足不了要求，为此，需进行加固和修复。目前，公知的混凝土结构抗弯加固常用的方法有：加大截面加固法、粘钢加固法、粘贴纤维复合材料(FRP)加固法、钢绞线网加固法、体外预应力加固法等。公知的混凝土结构抗弯加固方法存在的主要缺点是：(1)加大截面加固法：虽然可靠性好，提高承载力、刚度幅度大，但是施工周期长，增加结构的自重，降低了结构的有效空间。(2)粘钢加固法：虽然对刚度提高明显，但其材料自重大，施工复杂，抗腐蚀能力差，不防火，不适用于混凝土强度低的情况，且对极限承载力的提高有限。(3)粘贴纤维复合材料(FRP)加固法：具有材料自重小，施工方便的优点，但是对刚度提高不明显，不防火，不适用于混凝土强度低的情况，易发生粘结破坏，承载力计算困难。(4)钢绞线网加固法：是通过高强不锈钢绞线网-渗透性聚合砂浆进行加固，其虽然耐久性和耐火性较钢板加固和FRP加固好，但对刚度提高不明显，对承载力的提高也很有限。(5)体外预应力加固法：虽然该方法能明显提高刚度、承载力，但施工复杂，-->成本高，锚固区应力复杂，对其处理直接关系到加固效果和结构安全。总之，目前公知的混凝土结构抗弯加固技术都具有或施工复杂、成本高，或刚度提高不明显、不防火等局限性，不能满足工程界对加固技术的期望要求。本专利技术人根据多年来在本领域的研发，提出本专利技术的一种预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构及其加固方法，以克服现有技术中存在的缺陷，满足工程施工的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能克服现有技术存在的缺陷，提高原有混凝土结构的抗弯承载力，改善其变形性能，减小裂缝宽度的预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构及其加固方法。为此，本专利技术的预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构及其加固方法，主要由待加固混凝土受弯构件、加固系统及防护系统三部分，共同组成预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构。其中：待加固混凝土受弯构件包括构件混凝土、构件已配纵筋，构件已配纵筋位于待加固混凝土构件底部保护层内，承担底部拉应力，构件混凝土承担顶部受压区压应力，二者组合构成待加固混凝土受弯构件。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，所述加固系统设置在待加固混凝土构件的底部，至少一对端部锚具间隔固定于待加固混凝土构件底部；一根以上的预应力钢丝绳通过两端安装的挤压锚头嵌置于所述每组端部锚具内，且固定在所述预应力钢丝绳两端的挤压锚头位于所述端部锚具外侧；在待加固混凝土构件底面与预应力钢丝绳之间间隔设置一个以上的反力支点，所述反力支点设于待加固混凝土受弯构件跨内底面；预应力钢丝绳两端穿入挤压锚头内孔，通过挤压机械对挤压锚头强力挤压，使预应力钢丝绳与挤压锚头成为一体。加固时，先把预应力钢丝绳一端的挤压锚头卡于待加固混凝土受弯构件一端的端部锚具外侧面，对预应力钢丝绳进行张拉以后，将张拉端的挤压锚头嵌入另一端的端部锚具外侧面，从而实现预应力钢丝绳的锚固。所述防护-->系统设置在所述待加固混凝土构件底部，并覆盖所述加固系统。当采用纵筋焊接法或树脂粘结法固定端部锚具时，则在所述待加固混凝土构件的底部间隔开设至少一对端部槽口，该端部槽口的深度为穿过混凝土构件底部保护层，延伸至构件已配纵筋，所述端部锚具设置在所述端部槽口内，与所述构件已配纵筋固定连接，并在待加固混凝土受弯构件底部的各端部槽口内填充锚固砂浆。最后将防护砂浆做于待加固混凝土受弯构件底部构成防护系统，使预应力高强钢丝绳置于其内部而得到防护，并可协助端部锚头传递钢丝绳中的预应力，减轻端部锚具的负荷状况。当采用化学螺栓法实现端部锚具的固定时，则无需开凿端部槽口，而是在待加固混凝土受弯构件底部的两端以公知的方法埋置化学螺栓，分别锚固一块钢板，继而将端部锚具焊接于锚固钢板底部，实现预应力钢丝绳中拉力的传递。在本专利技术的结构中，施加预应力的钢丝绳方向与待加固混凝土受弯构件轴线平行，其作用是协助构件已配纵筋承担拉应力，增大结构混凝土受压区高度，提高其极限承载力，同时，钢丝绳中施加的预应力对现有结构的裂缝闭合、减小变形、增加刚度也是十分有效的。预应力钢丝绳使用高强、低松弛、高延性的加固专用钢丝绳。为了适应加固系统中较大荷载的情况，可以布置多层锚具，实现多层预应力钢丝绳加固。加固后结构的压应力依旧由待加固混凝土受弯构件截面上部分的混凝土承担，预应力钢丝绳中的拉力主要依靠端部锚具传递，因此本专利技术受构件混凝土既有强度的影响很小。本专利技术克服了公知的抗弯加固混凝土的结构及方法存在的缺陷，能够有效提高受弯构件的刚度、开裂荷载、极限荷载，施工简单、周期短，因此施工成本较低，抗腐蚀能力强，在有效地提高受弯构件的承载力、刚度的同时，对结构的自重影响小，具有优良的结构性能和经济效益。附图说明-->图1是本专利技术的预应力钢丝绳抗弯加固混凝土方法一实施例流程示意图；图2是待加固混凝土构件示意图；图3是待加固混凝土构件端部槽口的开凿示意图；图4A是端部锚具的制作及其固定示意图；图4B是图4A中I处的局部放大示意图；图5是端部槽口灌注锚固砂浆及在混凝土构件底面设置反力支点的示意图；图6是钢丝绳下料与挤压锚头的制作示意图；图7A、图7B是对钢丝绳进行张拉，形成预应力钢丝绳并进行锚固的第一实施例示意图，其中，图7A表示在待加固混凝土构件底面设置一层预应力钢丝绳的预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构的示意图，图7B是沿图7A中B-B线的剖面示意图；图7C、图7D是对钢丝绳进行张拉，形成预应力钢丝绳并进行锚固的第二实施例示意图，其中，图7C是表示在待加固混凝土构件底面设置二层预应力钢丝绳预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构的示意图，图7D是沿图7C中B’-B’线的剖面示意图；图8是在待加固混凝土构件底面制作防护砂浆示意图；图9A是端部锚具一实施例立体示意图；图9B是端部锚具一实施例侧视示意图；图10A是挤压锚头一实施例立体示意图；图10B是挤压锚头一实施例俯视示意图；图11是挤压锚头与钢丝绳构成一体的挤压过程示意图；图12是四点弯曲试验加载示意图；图13是预应力钢丝绳的应力-应变关系曲线图；图14是部分试验梁荷载-位移曲线比较图；图15是部分试验梁荷载-裂缝宽度曲线图；-->图16是应用本专利技术对混凝土框架梁进行加固的一实施例示意图。具体实施方式下面配合附图及具体实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。如图1至图11所示，本专利技术的预应力钢丝绳抗弯加固混凝土构件的加固方法，包括以下步骤：A、在待加固混凝土构件11的底部间隔固定至少一对端部锚具23；B、在待加固混凝土构件11底部、且在上述每组端部锚具23之间间隔固定一个以上的反力支点24；C、根据所需长度截取钢丝绳，并在其两端安装挤压锚头22；D、将被施加预应力后的钢丝绳21嵌于所述每组端部锚具23内，并将两端的挤压锚头22锚固于所述端部锚具23外侧；E、在所述待加固混凝土构件11底部设置防护系统，且该防护系统覆盖由所述端部锚具23、反力支点24、预应钢丝绳21、挤压锚头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，具有：待加固混凝土构件，包括构件混凝土、构件已配纵筋，构件已配纵筋位于待加固混凝土构件底部保护层内，承担底部拉应力，构件混凝土承担顶部受压区压应力；加固系统，设置在待加固混凝土构件的底部， 具有：间隔固定于待加固混凝土构件底部的至少一对端部锚具；一根以上的预应力钢丝绳通过两端安装的挤压锚头嵌置于所述每个端部锚具内，且固定在所述预应力钢丝绳两端的挤压锚头位于所述端部锚具外侧；在待加固混凝土构件底部、且在上述端部锚具之间间隔设置一个或一个以上的反力支点；防护系统设置在所述待加固混凝土构件底部，并覆盖所述加固系统。

【技术特征摘要】
1、一种预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，具有：待加固混凝土构件，包括构件混凝土、构件已配纵筋，构件已配纵筋位于待加固混凝土构件底部保护层内，承担底部拉应力，构件混凝土承担顶部受压区压应力；加固系统，设置在待加固混凝土构件的底部，具有：间隔固定于待加固混凝土构件底部的至少一对端部锚具；一根以上的预应力钢丝绳通过两端安装的挤压锚头嵌置于所述每个端部锚具内，且固定在所述预应力钢丝绳两端的挤压锚头位于所述端部锚具外侧；在待加固混凝土构件底部、且在上述端部锚具之间间隔设置一个或一个以上的反力支点；防护系统设置在所述待加固混凝土构件底部，并覆盖所述加固系统。2、如权利要求1所述预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，其特征在于：所述反力支点由钢筋构成，并与所述预应力钢丝绳长度方向正交的方向固定在待加固混凝土构件的底面。3、如权利要求1所述预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，其特征在于：所述端部锚具有一固定部，与固定部相反的一侧面间隔设有多排开槽，所述开槽的深度大于等于所述挤压锚头直径；相邻两开槽的中心间距大于等于所述挤压锚头直径；所述开槽相互平行，与所述混凝土构件轴线方向一致，且贯通所述端部锚具。4、如权利要求3所述预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，其特征在于：在待加固混凝土构件两端底部设置多对端部锚具，每一对端部锚具有深度相同的开槽，并锚固一层预应力钢丝绳，且设置在外侧的一对端部锚具的开槽深度较设置在内侧的一对端部锚具的开槽深度浅。5、如权利要求3或4所述预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，其特征在于：所述开槽横截面呈梯形，且上部宽度小于下部宽度。6、如权利要求1所述预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，其特征在于：所述挤压锚头为一柱状体，在轴向并列且相互连通地设有两个贯通孔，孔径大于等于所述预应力钢丝绳的直径，预应力钢丝绳在端部折成双股后穿入挤压锚头内贯通孔。7、如权利要求1或2或3或4或6所述预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，其特征在于：所述待加固混凝土构件的底部间隔开设至少一对端部槽口，该端部槽口的深度为穿过混凝土构件底部保护层，延伸至构件已配纵筋，所述端部锚具设置在所述端部槽口内，并与所述构件已配纵筋固定连接。8、如权利要求7所述预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，其特征在于：所述一对端部槽口设置在待加固混凝土构件底部两端，该端部槽口内设有对该端部槽口进行填补、加强的锚固砂浆；所述防护系统为防护砂浆。9、如权利要求1或2或3或4或6所述预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，其特征在于：所述待加固混凝土构件的底部间隔设置两组或两组以上的化学螺栓，每组化学螺栓分别固定一锚固钢板，所述端部锚具固定在所述锚固钢板底部。10、如权利要求9所述的预应力钢丝绳抗弯加固混凝土结构，其特征在于：所述防护系统为防护砂浆。11、一种预应力钢丝绳抗弯加固混凝土构件的方法，包括：A、在待加固混凝土构件的底部间隔固定至少一对端部锚具；B、在待加固混凝土构件底部、且在上述端部锚具之间间隔固定一个或一个以上的反力支点；C、根据所需长度截取钢丝绳，并在其两端安装挤压锚头；D...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴刚，蒋剑彪，崔毅，孙运国，田野，魏洋，
申请(专利权)人：北京特希达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]