钢绞线复合层加固中

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1、钢绞线复合层加固中预应力施加实用控制方法研究林加惠，郭子雄，黄群贤(华侨大学土木工程学院，福建泉州362021)摘要：钢绞线网片-聚合物砂浆加固法具有加固层薄且施工简便快捷等优点，在加固工程领域得到广泛的研究与应用。通过对钢绞线施加一定的预应力可有效缓解应力滞后效应，减小正常使用极限状态下的裂缝和挠度，提高加固效果。针对该种加固方法，本文提出一种钢绞线预应力施加及控制方法，该方法通过采用扭力扳手来旋紧螺栓的螺母，使螺栓产生预拉力，达到对钢绞线施加预应力的效果。预应力可通过螺栓的拧紧力矩计算公式确定，由试验给出扭矩系数的取值。研究施工阶段

2、钢绞线的预应力损失规律，确定有效预应力系数。研究成果可为新工法和相关技术规程的编制提供依据。关键词：结构加固；钢绞线；预应力施加；有效预应力中图分类号：TU4文献标志码：A韩国率先提出钢绞线网片-聚合物砂浆加固法，并进行了相关的应用试验研究[1-2]。近年来，钢绞线网片-聚合物砂浆加固技术得到工程界的广泛关注，也取得了大量的研究成果[3-10]。然而，钢绞线属于高强度材料，其抗拉强度可达2000MPa以上，在加固工程应用中往往存在以下问题：(1)当钢绞线的应力发挥到一个较高水平的时候，构件的裂缝宽度和挠度已经不能满足正常使用要求[11]

3、；(2)加固工程二次受力会造成明显的应力滞后。因此，对钢绞线施加一定的预应力，不仅可以有效缓解应力滞后效应，而且可减少正常使用极限状态下的裂缝和挠度，提高钢绞线的材料利用率和加固的效果。1—普通螺栓2—钢绞线3—铝扣4—六角螺母5—加长六角螺母6—化学锚栓7—角钢8—垫片图1加固方法示意Fig.1Schematicdiagramofstrengtheningmethod64537218本文采用文献[12]所提的端部锚固方式，该锚固方式是近年来在实际工程中应用较广的一种新的锚固方式，如图1所示。具体方法是先在梁底植入化学锚栓，将角钢固定在

4、梁底。随后将钢绞线穿过螺栓孔后用铝扣压紧固定在螺栓上，并将螺栓穿过角钢孔用螺母拧紧固定在角钢上。当钢绞线网片两端都安装在角钢上后，一端螺栓旋紧后固定不动，另一端采用张拉器进行预应力张拉。该张拉器可实现一边张拉，一边旋紧螺母的效果。该端部锚固方式采用螺栓和螺母对钢绞线进行固定，避免了采用拉环进行固定存在的锚固强度不足和容易脱落等问题，且施工便捷、易于实际工程采用。该锚固方式在实际应用中可通过特定张拉器对钢绞线进行预应力张拉，但无法实现对钢绞线预应力施加进行定量控制。本文将对该钢绞线预应力施加实用控制方法开展试验研究，重点研究预应力张拉、施

5、工阶段预应力损失规律及有效预应力的合理确定。研究成果可为该加固工艺在技术标准编制和进一步推广应用提供依据。1螺栓拧紧扭矩与预拉力关系的理论推导图2拧紧力矩公式推导示意Fig.2Schematicdiagramofthederivationoftighteningtorqueequation(a)(b)axyPNQ滑块1Ffmaxdd2三角形螺纹螺栓的几何特征如图2(a)所示，a是此卷绕斜面的螺纹升角。取螺栓外表面一点为研究对象，转为力学模型，如图2(b)所示。将拧紧螺母视为滑块1受到水平拉力P作用沿着斜面向上运动。此时，滑块1上作用有摩

6、擦力Ffmax，轴向拉力Q，斜面对滑块的支持力N。轴向拉力Q即为螺栓的预拉力，P对螺纹中径处的力矩即为拧紧力矩。由力的平衡条件，可得：(1)P对螺纹轴心线的力矩即为扭紧螺母时所需要的拧紧扭矩T，故(2)令(3)将式(3)代入式(2)可得，螺栓的扭紧力矩计算公式表达式为：(4)式中，a为螺纹升角；φ为螺纹摩擦角；d2为螺纹中距；d为螺栓螺纹外直径；k为扭矩系数。由于扭矩系数k以及螺栓直径d均为常数，由公式(4)可知，拧紧扭矩T与预拉力Q之间存在线性关系。因此，螺栓的直径d已知，通过试验测定相应的扭矩T和预拉力Q之间的关系，即可得出扭矩系数

7、k的取值。2预应力施加试验研究2.1试验概况根据钢绞线网片-聚合物砂浆加固法的施工工艺，试验设计了与加固法对应的试验装置，如图3所示。试验共加载12根试件，每根试件所采用钢绞线直径和螺栓型号均一致。试件由钢绞线与两端的螺栓连接构成，实为轴心受拉的构件，因此螺栓受到的预拉力Q即为钢绞线的预拉力。试验采用6×7+IWS型镀锌钢绞线，公称直径为3.6mm，横截面面积为6.16mm2，破断力为10.61kN。所用部件均为钢绞线网片-聚合物砂浆加固法配套部件。其中，螺栓的型号规格为8×97（直径×长度）5.6级，其抗拉强度为519MPa。角钢为L

8、50×6等边角钢，角钢上钻有圆孔，孔径为8.5mm。钢绞线与螺栓之间的连接锚固采用配套的铝扣，将钢绞线穿过螺栓孔之后用液压钳将铝扣和钢绞线压紧，试件详见图3所示。2.2试验的加载与量测通过扭力扳手旋紧螺栓对