同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法与流程

本发明属于混凝土加固技术领域，具体涉及同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法。

背景技术：

混凝土受弯构件的承载力加固往往通过在受拉区补充钢筋、钢绞线或碳纤维复合材料实现。在体外新增钢构件存在耐久性差、施工成本高、后期维护费用高等不足，因此近年来碳纤维复合材料被大量用于受弯构件的加固。对于预应力混凝土或出现较大裂缝、变形的构件，常规粘贴碳纤维的方法对材料强度的利用率极其有限，在此种背景下，预应力碳纤维板抗弯加固技术应运而生，而碳纤维板无法弯折，对于同时存在正负弯矩的混凝土构件(如连续梁)，传统的设计无法实现有效加固。对于连续受弯构件，正弯矩与负弯矩同时出现在构件的不同位置，另一种方法是使用体外预应力钢绞线进行加固，但存在施工复杂、后期维护成本高的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺陷，提供一种同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法。

为达到上述目的，本申请所要求保护的技术方案如下：

同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法，在受弯构件的正弯矩区和负弯矩区分别布置有一定数量的预应力碳纤维板，且在弯矩受拉区和负弯矩受拉区的预应力碳纤维板上分别施加有一定吨位的张拉预应力。

其优选的技术方案为：

如上所述的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法，其具体步骤为：

(1)确定结构所需预应力碳板在正弯矩受拉区以及负弯矩受拉区产生的弯矩m1r和m2r；

(2)计算正弯矩受拉区的预应力碳纤维板在正弯矩受拉区产生的弯矩m1c1、以及负弯矩受拉区的预应力碳纤维板分别在正弯矩受拉区和负弯矩受拉区产生的弯矩m2c1和m2c2；

(3)设计正弯矩受拉区和负弯矩受拉区布置的预应力碳纤维板的张拉吨位，其中，m1r≤m1c1-m2c1，m2r≤m2c2。

如上所述的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法，步骤(2)中，正弯矩受拉区的预应力碳纤维板在正弯矩受拉区产生的弯矩m1c1的计算方法为：m1c1＝p1*e11，其中，p1为构件的正弯矩受拉区布置的预应力碳纤维板张拉的总吨位，e11为正弯矩受拉区的预应力碳纤维板合力点到正弯矩受拉区截面中性轴的距离。

如上所述的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法，步骤(2)中，负弯矩受拉区的预应力碳纤维板分别在正弯矩受拉区和负弯矩受拉区产生的弯矩m2c1和m2c2的计算方法为：m2c1＝p2*e12，m2c2＝p2*e22，其中，p2为构件的负弯矩受拉区处预应力碳纤维板张拉的总吨位，e12和e22分别为负弯矩受拉区的预应力碳纤维板合力点到正弯矩受拉区和负弯矩受拉区截面中性轴的距离。

如上所述的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法，所述距离均为偏心距。

如上所述的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法，p1和p2分别为考虑过应力损失的预应力碳纤维板张拉的总吨位，所述应力损失根据gb50367混凝土结构加固设计规范计算得到。

与现有技术相比，本申请所要求保护的技术方案至少具有以下技术效果：

(1)本发明的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法，可使用预应力碳纤维板同时对构件正、负弯矩进行加固，避免了使用钢绞线操作复杂、后期维护成本高的缺陷，又解决了碳板不可弯折的难点；

(2)本发明的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法，通过设计不同的张拉吨位，消除负弯矩受拉区通长张拉对正弯矩加固的影响，从而减少使用锚具的数量，节约成本。

附图说明

图1为现有技术中混凝土受弯构件正负弯矩的分布示意图；

图2为本发明的采用通长张拉的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的加固系统示意图；

图3为本发明的采用分段张拉的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的加固系统示意图；

图4为本发明的一具体实施例中构件正弯矩受拉区的截面示意图；

图5为本发明的一具体实施例中构件负弯矩受拉区的截面示意图；

其中，100、受弯构件；200、裂缝；300、预应力碳板。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

如图1所示，在实际工程中存在大量连续梁构件，连续受弯构件100正弯矩与负弯矩同时出现在构件的不同位置，正负弯矩之间的预应力混凝土构件经常出现较大裂缝200或者变形。传统的设计无法实现有效加固。

为了解决上述问题，如图2和图3所示，在一个具体的实施例中，首先在构件下部(正弯矩受拉区)布置预应力碳纤维板300，用于正弯矩加固，在构件上部(负弯矩受拉区)布置预应力碳纤维板300，用于负弯矩加固。根据设计要求及预算成本，构件上部的预应力碳纤维板可选择通长张拉(图2)或分段张拉(图3)。其中，采用分段张拉效果更明显(上部通长碳板张拉做负弯矩加固时会加剧正弯矩区荷载，影响正弯矩区加固效率)，但使用的锚具数量相较于通长张拉更多。为减少锚具使用量以节约成本，并同时减轻上部碳纤维板对跨中正弯矩的影响，因此还需要针对正弯矩受拉区和负弯矩受拉区布置的预应力碳纤维板设计不同的碳板数量及张拉吨位。

具体而言，由于受弯构件的正截面受弯设计可依据平截面假定，按构件最不利弯矩产生的截面进行设计。当构件同时承受正弯矩和负弯矩时，需分别使受正弯矩和受负弯矩的截面满足设计要求。在小变形构件中，弯矩可采用叠加法进行计算，即几个荷载共同作用的效果,等于各个荷载单独作用效果之和，体外预应力对截面产生的弯矩m亦可采用叠加法进行考虑。在同一截面，不同位置碳板张拉产生的弯矩可进行叠加(同为正弯矩或同为负弯矩)或抵消(弯矩有正有负)。利用该原理，在如图2所示的加固系统中，在跨中截面，下部碳板产生的负弯矩有利于构件正弯矩加固，上部碳板产生的正弯矩不利于构件正弯矩加固，因此在设计中应采用叠加原理，将正负弯矩进行抵消，抵消结果即为加固系统对构件作用产生的效果。

上述的针对正弯矩受拉区和负弯矩受拉区布置的预应力碳纤维板设计不同的碳板数量及张拉吨位具体可包括以下几个步骤：

(1)确定结构所需预应力碳板在正弯矩受拉区以及负弯矩受拉区产生的弯矩m1r和m2r；

(2)计算正弯矩受拉区的预应力碳纤维板在正弯矩受拉区产生的弯矩m1c1、以及负弯矩受拉区的预应力碳纤维板分别在正弯矩受拉区和负弯矩受拉区产生的弯矩m2c1和m2c2；

(3)设计正弯矩受拉区和负弯矩受拉区布置的预应力碳纤维板的张拉吨位，其中，m1r≤m1c1-m2c1，m2r≤m2c2。

上述步骤(2)中，各弯矩可按照如下所述的方式进行计算：

正弯矩受拉区的预应力碳纤维板在正弯矩受拉区产生的弯矩m1c1的计算方法为：m1c1＝p1*e11，其中，p1为构件的正弯矩受拉区布置的预应力碳纤维板张拉的总吨位，e11为正弯矩受拉区的预应力碳纤维板合力点到正弯矩受拉区截面中性轴的距离；

负弯矩受拉区的预应力碳纤维板分别在正弯矩受拉区和负弯矩受拉区产生的弯矩m2c1和m2c2的计算方法为：m2c1＝p2*e12，m2c2＝p2*e22，其中，p2为构件的负弯矩受拉区处预应力碳纤维板张拉的总吨位，e12和e22分别为负弯矩受拉区的预应力碳纤维板合力点到正弯矩受拉区和负弯矩受拉区截面中性轴的距离。

需要说明的是，本实施例中构建弯矩m1c1、弯矩m2c1和m2c2的目的是为了根据叠加原理设计正弯矩受拉区和负弯矩受拉区布置的预应力碳纤维板的张拉吨位，因而弯矩m1c1、弯矩m2c1和m2c2的计算方式并不局限于本实施例所记载的计算方式，任何其他的能够构建得到弯矩的计算方法并用于本实施例的设计正弯矩受拉区和负弯矩受拉区布置的预应力碳纤维板的张拉吨位的技术方案都应该包含于本实施例的保护范围之内。

基于上述方法，本申请还提供另一个具体的实施例以对本申请所要求保护的技术方案进行具体的描述。

在针对某混凝土受弯构件进行加固时，首先根据混凝土应力状态，经过结构分析得某连续梁正弯矩区所需增加抵抗弯矩m1r＝100kn*m，负弯矩区所需增加抵抗弯矩m2r＝50kn*m，截面高度700mm，如图4和图5所示。

在混凝土受弯构件的正弯矩区梁下部使用2条2*100mm的预应力碳板，每条预应力碳纤维板张拉至1300mpa，此时正弯矩受拉区的预应力碳纤维板张拉的总吨位为2*1300*2*100＝520000n＝520kn；测量得到正弯矩受拉区的预应力碳纤维板合力点到正弯矩受拉区截面中性轴的距离为0.35m，则弯矩受拉区的预应力碳纤维板在正弯矩受拉区产生的弯矩m1c＝p1*e11＝520*0.35＝182kn*m；在梁上部通长使用2条1*100mm的预应力碳板，每条预应力碳纤维板张拉至900mpa，则构件的负弯矩受拉区处预应力碳纤维板张拉的总吨位为2*900*1*100＝180000n＝180kn，负弯矩受拉区的预应力碳纤维板合力点到正弯矩受拉区和负弯矩受拉区截面中性轴的距离均为0.3m。此时，负弯矩受拉区处预应力碳纤维板对正弯矩区产生的弯矩m2c1＝p2*e12＝180*0.3＝54kn*m,在负弯矩区产生的弯矩m2c2＝p2*e22＝180*0.3＝54kn*m。

此时满足设计要求：m1r≤m1c1-m2c1(100≤182-54＝128kn*m)；

m2r≤m2c2(50≤54kn*m)。

采用了上述的方法加固受弯构件后，与未加固之前相比，正弯矩桥面面板以及负弯矩桥面板出现开裂的问题明显减少，结构的耐久性得到了极大的增强。

在实际的应用案例中，以上海市北翟高架北青立交桥盖梁加固项目为例，由于立交桥盖梁出现弯曲裂缝，因而需要进行加固。本项目采用本实施例中所述的上下吨位差别张拉的方式进行加固。其中，桥梁上部负弯矩加固碳板张拉吨位为960mpa，下部正弯矩碳板张拉吨位1200mpa，下部碳板张拉吨位较大，以抵消在跨中截面上部碳板张拉产生的弯矩。

与现有技术相比，本实施例中的同时加固混凝土受弯构件正负弯矩的方法，可使用预应力碳纤维板同时对构件正、负弯矩进行加固，避免了使用钢绞线操作复杂、后期维护成本高的缺陷，又解决了碳板不可弯折的难点；同时通过设计不同的张拉吨位，消除负弯矩受拉区通长张拉对正弯矩加固的影响，从而减少使用锚具的数量，节约成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。