預(yù)應(yīng)力加固建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

楊軍兵

[摘要]文章介紹預(yù)應(yīng)力加固建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法，以及預(yù)應(yīng)力加固建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和預(yù)應(yīng)力技術(shù)在加固建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用，以供參考。

[關(guān)鍵詞]預(yù)應(yīng)力;加固建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);應(yīng)用

文章編號(hào)：2095-4085（2019）03-0010-02

在我國(guó)工業(yè)與民用建筑的高速增長(zhǎng)過程中，因設(shè)計(jì)考慮不足，施工質(zhì)量缺陷及后期使用功能改變等原因?qū)е乱恍┙ㄖY(jié)構(gòu)的構(gòu)件承載能力不足，需要對(duì)其進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)后，建筑物方能繼續(xù)投入使用。

1預(yù)應(yīng)力加固建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法

預(yù)應(yīng)力加固結(jié)構(gòu)一般采用的是不破壞原有建筑結(jié)構(gòu)的體外預(yù)應(yīng)力加固法，預(yù)應(yīng)力加固材料的選擇如下。對(duì)結(jié)構(gòu)柱的加固采用以型鋼為預(yù)應(yīng)力撐桿;對(duì)結(jié)構(gòu)梁加固可采用普通鋼筋、普通高強(qiáng)鋼絞線，無粘結(jié)高強(qiáng)度鋼絞線，其中采用普通鋼筋作為預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，其產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力值較低，預(yù)應(yīng)力損失較大，需要較高預(yù)應(yīng)力值時(shí)，與之對(duì)應(yīng)需要布置很大的鋼筋截面面積，且不宜對(duì)連續(xù)梁進(jìn)行加固施工。普通高強(qiáng)鋼絞線在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)會(huì)在轉(zhuǎn)折點(diǎn)產(chǎn)生很大的摩擦力，不利于預(yù)應(yīng)力的傳遞。無粘結(jié)高強(qiáng)度鋼絞線解決了以上兩種材料的不足，能提供較高的預(yù)應(yīng)力值（可達(dá)0.7ptk），在轉(zhuǎn)折點(diǎn)處摩擦力較小，鋼絞線應(yīng)力傳遞均勻，且鋼絞線布置靈活，梁跨中水平段可在梁兩側(cè)設(shè)置，不影響建筑凈高，防腐性能好，不易銹蝕。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計(jì)時(shí)，可按需選擇合適的加固材料及方法。

圖1是采用無粘結(jié)鋼絞線預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U加固框架梁等受彎構(gòu)件的其中兩種常用布置方式。通過對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線實(shí)施張拉產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，使原構(gòu)件受拉區(qū)反向受壓后，同時(shí)減小原混凝土構(gòu)件截面受拉邊緣的最大拉應(yīng)力和受壓邊緣的最大壓應(yīng)力，提高原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力，并減小構(gòu)件變形，達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的目的。

2預(yù)應(yīng)力加固建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

采用圖1無粘結(jié)鋼絞線預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U加固框架梁等受彎構(gòu)件時(shí)，除應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010）正截面承載力計(jì)算的基本假定外，同時(shí)滿足以下假定：即假定構(gòu)件達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力等于施加預(yù)應(yīng)力時(shí)的張拉控制應(yīng)力，即讓鋼絞線承受全部荷載時(shí)增加的應(yīng)力等于預(yù)應(yīng)力的損失值。

當(dāng)結(jié)構(gòu)梁的連續(xù)跨不超過兩跨時(shí)，可采用一端張拉，取預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力值σ，=σp0（σp0為預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉控制應(yīng)力）;當(dāng)結(jié)構(gòu)梁的連續(xù)跨數(shù)大于兩跨，采用一端張拉;或當(dāng)結(jié)構(gòu)梁的連續(xù)跨數(shù)大于四跨，采用兩端張拉時(shí)，距離張拉端較遠(yuǎn)的梁會(huì)因?yàn)槟Σ亮Ξa(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力損失，當(dāng)該預(yù)應(yīng)力損失大于鋼絞線的應(yīng)力增量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致我們按規(guī)范算法取值偏大，使結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)。設(shè)計(jì)時(shí)須提高張拉控制應(yīng)力，可在梁底跨中設(shè)置拉緊螺栓，用橫向張拉的方法提高預(yù)應(yīng)力或?qū)摻g線的張拉控制應(yīng)力提高至0.75ptk，但仍按0.7ptk計(jì)算。鋼絞線應(yīng)在結(jié)構(gòu)梁的兩側(cè)對(duì)稱布置，須進(jìn)行橫向張拉補(bǔ)足張拉應(yīng)力時(shí)，鋼絞線跨中水平支承點(diǎn)應(yīng)設(shè)在梁的底部，橫向張拉增加的應(yīng)力增量

△σ=公式

，該增量應(yīng)控制在0.05ptk～0.15ptk范圍內(nèi)。

確定預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力值σ，后，參考《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013），無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線加固矩形截面受彎構(gòu)件的正截面承載力計(jì)算公式如下（圖2）。

公式

其中M為彎矩設(shè)計(jì)值（包括初始彎矩和增加的彎矩），ζpb=0.85ξ（ξb為構(gòu)件加固前的相對(duì)界限受壓區(qū)高度）。

斜截面承載力計(jì)算公式如下。

V≤Vb0+Vbp（Vb0為加固前梁斜截面承載力），

Vbp=公式

（Vbp為預(yù)應(yīng)力加固后梁斜截面承載力提高值）。

3 預(yù)應(yīng)力加固建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的案例

湖北省某高速公路收費(fèi)站辦公樓建成后，因房間功能性調(diào)整，使用單位要求把原二樓三個(gè)柱網(wǎng)開間均為3.9m，進(jìn)深為8m的會(huì)議室改為收費(fèi)站監(jiān)控室，功能變更后，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值由原設(shè)計(jì)的2kN/m2增加到6kN/m2。經(jīng)計(jì)算，三個(gè)房間居中的框架梁的跨中彎矩由91.04kN·m增加至179.14kN·m，剪力V=223.92kN。原結(jié)構(gòu)梁截面250mm*600mm，原混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30（fc0=14.3N/m2），鋼筋級(jí)別HRB400，梁底實(shí)配縱筋3? 16（As0=603.19mm2，配筋率0.43%），箍筋8@100/200（2）。經(jīng)比選后，決定采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線對(duì)該段框架梁進(jìn)行加固處理。

原構(gòu)件配筋復(fù)核（不考慮受壓鋼筋）：x0=（360*603.19）/（1.0*14.3*250）=60.7mm。

原構(gòu)件最大受彎承載力M0=1.0*14.3*250*60.7*（565-60.7/2）=116.02kN·m

<179.14kN·m。

原框架梁受彎承載力不足，需要加固。結(jié)構(gòu)加固采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線選用極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ptk=1860N/m2，張拉控制應(yīng)力σp0=0.7ptk=0.7*1860=1302N/m2，hp=600mm加固后混凝土受壓區(qū)高度

公式

根據(jù)公式7.2.3-2，預(yù)應(yīng)力鋼絞線計(jì)算面積

公式

選用兩根公稱直徑9.5mm的鋼絞線對(duì)稱布置，截面積

公式

，水平張拉的控制拉力

公式

預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算：鋼絞線錨固方式采用焊接錨固，故σn=0，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線體外張拉σp=0，加固結(jié)構(gòu)混凝土無須進(jìn)行加熱養(yǎng)護(hù)σp=0，預(yù)應(yīng)力筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失

公式

，由于結(jié)構(gòu)加固時(shí)，原結(jié)構(gòu)已經(jīng)投入使用，混凝土的收縮徐變已近似完成，取σs=0，總預(yù)應(yīng)力損失

公式

，鋼絞線張拉應(yīng)施加的預(yù)應(yīng)力

公式

，實(shí)際配筋及張拉控制應(yīng)力均滿足要求。

斜截面承載力驗(yàn)算：

公式

，斜截面受剪承載力滿足荷載要求。加固布置簡(jiǎn)圖如圖3，端部錨固于框架柱。

4結(jié)語

在目前的加固建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中，比較常用的預(yù)應(yīng)，力加固法不僅具有效率高且施工快捷的特點(diǎn)，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。要重視加固設(shè)計(jì)以及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮來確保方案的可行以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用，確保被加固構(gòu)件承載力的顯著提高。

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