关于木结构体外张拉施工技术的试验研探及其应用

洪卫腾

摘要：木结构大跨径通过采用体外张拉技术得以实现，在实际施工过程中，为了更好的确保木结构张拉的施工质量，笔者结合近年来参与木结构大跨径体外张拉施工及试验等方面积累的经验，较为详细的对木结构体外张拉试验进行阐述，为类似木结构大跨体外张拉的施工实践提供参考。

关键词：木结构；体外张拉；施工技术；试验研探

1 概述

有关建筑工程木结构施工技术中，结合参建的某木结构建筑主受力大跨度8.5m木梁结构，在结构选型时，拟采用两根松柏木结合一起进行使用，根据该段主结构受力计算，计算出该段木梁结构的最大挠度远远大于工装主要结构要求的挠度，无法满足使用要求，并给工程造成较大的损失。根据笔者带领团队经过思考，如果要让主木梁的最大挠度控制在标准范围之内，一种办法就是加大主木梁两根木头的横向截面积，另一种办法是通过增加支撑柱承受主木梁傳递的竖向荷载，但是这两种办法都将极大的增加成本投入，同时对建筑结构使用空间造成不可逆转的影响。

怎么能够及时解决本次建筑工程木结构主木梁跨度过大、挠度达不到标准要求的这类难题，笔者和团队一起大胆设想，拟采用参照混凝土体外预应力的思路，提出在主木梁体外亦考虑加设足够的预应力，充分发挥木结构本身的受压性能，使得木结构的拉压性能都能充分利用起来，特别是通过施加体外预应力，使得木结构克服自身客观的受拉能力不足的短板，达到优势互补的局面。通过初步设计，团队决定先根据施工实际，模拟受力情况，按照缩小一定比例的实体模型进行试验，通过试验验证该种技术的可能性及相关数据，再进行总结应用到实际施工中。

2 试验研探

2.1 试验总体设计

本次体外预应力施加试验所采用的试验主要材料包括，主大梁材料采用松木，共计2根，对其具体结构尺寸按照事先编制的试验方案进行量测记录；体外施加的预应力筋是根据木结构能够承受的压力进行计算，核实数量并对称安放；先连接两根一组的板材，设定多组对比组，根据组别再分别布设预应力筋，逐级施加荷载，经过记录相关数据，并及时进行分析，得出相关数据及改进意见，直至完成所有必需数据的收集及验证，达到试验的目的。

2.2具体步骤及要求

（1）试验设备仪器要求

试验主要采用多分点及多级均匀加载的方法进行试验，主要采用的仪器设备有施加主动荷载的小型液压千斤顶、测量荷载的装置如力感器，测量木梁结构挠度的百分表、为确保荷载逐级加载均匀的荷载分配梁以及其他仪器等设备装置。

（2）具体措施

试验过程中，在各次施加荷载过程中，应持荷时间达到一定时长，确保在试验过程中，木梁结构及钢绞线等主受力材料在加载过程中的各种情况及时被记录下来，通过相关预先设置的装置进行收集、记录并整理。加载过程中，应至少安排4人各司其职，其中总负责1人，统筹试验，其他3人分别进行施加荷载、数据记录以及试验现场的其他情况的及时解决等。试验过程中，加强数据观察和量测，发现异常立即停止，待找出原因并解决后方可继续进行试验加载。

2.3数据结果分析

（1）试验木材性能分析

在试验过程中，通过数据分析，能够及时对主木梁的材料力学性能进行分析复核。主要包括木结构物本身的含水量情况，实际弹性模量情况，抵抗弯曲的能力度等物理性能指标的测定及复核，这样就能更好更准确的获得相同材质木主梁的各种物理性能指标，为大跨木结构的实际施工积累可靠地经验。

（2）大跨木结构挠度分析

试验过程中，根据木结构的物理性能情况，采用多点分的施加荷载的方法。在进行预应力筋张拉过程中，严格按照事先计算好的各工况需施加的荷载进行预应力分级加荷载，分别根据试验步骤进行木结构在施加荷载及施加预应力的双重情况下，确定预应力施加的最佳荷载值及可允许的挠度范围内的最经济方式。通过试验对比，设置了体外预应力的木梁结构其刚度有着明显的提高，其在超荷载运营下其失效情况等同于普通木梁受超荷情况。

在试验过程中，相关的数据显示在不同工况情况下，实际记录的挠度值与设计计算的挠度值误差在规范范围内。同时，在预应力筋选取上，普通钢筋所达到的效果是最优的，能够满足设计及标准要求，且张拉力的实现无需借助预应力张拉设备，仅需要工地上常用扳手对预应力进行张拉锚固作业即可，极大的节省了常规体外木结构张拉所需的专用张拉设备，同时也降低了成本。根据试验数据表明，在预应力筋布设方面，预应力筋的布设方式导致的预应力及挠度不同，导致采用二次抛物线形与折线线形的相差1倍以上，充分证明试验中设置成折线线形的预应力筋的优势所在。在进行大跨度木梁张拉试验验证过程中，木结构梁在外荷载作用的情况下出现弯曲变形，一部分是由于竖向荷载产生的弯矩，另一部分是由于两端施加的预应力筋出现的压力继而产生的弯矩。在理论计算模型中，两者应是统一的，在实际试验过程中也验证了理论。

在实际的建筑木结构工程中存在着许多大跨径木结构梁的刚度及其承载力满足不了需求等情况。为了更好地针对上述问题进行处理，拟定一定等比例的实体木结构大跨梁模型，按照体外预应力施加荷载进行张拉，试验数据表明，其与等同截面的木结构相比较，设置预应力的木结构其在承载能力上和刚度上都有很大的提高，巧妙发挥出木结构的抗压性能，通过预应力筋把木结构的抗压性能转变成抗拉性能，从而使得木结构梁的抗拉性能进一步的提高，使得木结构在相同荷载作用下，其挠度达到设计及标准规范规定值。

3 结语

结合笔者及团队此次试验的结果来看，通过在大跨度木结构上施加体外预应力筋技术能够有效的解决大跨度梁因其客观条件限制在无法增大其横向截面面积以及通过增加支撑的情况下的挠度过大问题。根据这种施工技术手段可以多快好省的解决类似建筑木结构挠度过大问题。对于古代木结构建筑的加固维护及保证其正常运营提供了技术支持。同时，也为广大从事建筑工程大跨度木结构设计、施工及研究的人员提供一种新思路，期望为今后的大跨度木结构的创新发展起到抛砖引玉的作用。

参考文献：

[1]张济梅，李建雄，吴旭东.木结构体外张拉施工技术试验研究及应用 [J].施工技术，NO.22 2011

[2]袁建力.基于现代模拟分析技术的传统木结构研究 [J].土木建筑工程信息技术，NO.02 2013

[3]廖庆营.关于木结构体外张拉施工技术的施工过程中研探及其应用 [J].建材与装饰，NO.23 2013