十字交叉索体外预应力加固技术在板柱结构中的应用

2016-10-24谢合舜韩映忠

广东建材 2016年7期

关键词：锚具钢绞线楼板

谢合舜　　韩映忠

（广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司）

十字交叉索体外预应力加固技术在板柱结构中的应用

谢合舜韩映忠

（广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司）

十字交叉索体外预应力加固技术采用的是十字型加固力筋，这种形式的钢筋二次效应较小，并且非对称张拉时产生的侧弯比较小，因此其侧向稳定性较好。本文笔者将结合具体的某建筑地下一层夹层顶板加固工程实例，简要探讨十字交叉索体外预应力加固技术的设计要点和主要的施工工艺，希望能对类似工程起到借鉴作用。

十字交叉索体外预应力加固技术；板柱结构；设计要点；施工工艺

1　引言

工程结构的维修、加固、改造以及新建技术是建筑结构建设市场中一个重要内容。对于混凝土结构进行加固处理可以采用的主要施工技术包括体外预应力加固法、粘钢条带法、加大截面法以及改变结构体系法等。其中体外预应力加固法主要是指通过对梁板等受弯构件的受拉区施加体外预应力以提高结构的整体强度和刚度，这样不仅可以降低结构所受到的自重应力，同时还可以有效的提高结构的承载力和抵抗变形的能力。这种方法主要是在混凝土结构外布置预应力索，因此维修和检查等较为方便。预应力索可以多次进行张拉，这样可以充分的发挥预应力索的效益。混凝土结构本身即使存在裂缝问题，也不会对预应力索的防锈蚀能力造成影响。体外预应力索在结构的加固中进行应用可以在不卸载的情况下进行，因此对于结构的正常使用不会造成较大的影响。一般情况下，传统的体外预应力折线形加固技术采用的是平行布筋的方式，这种布筋方式是转向块间的预应力筋与梁侧平行。近年来，在房屋的改造工程中，房屋的使用功能得到了一定程度的改变，但是荷载的增加量不大，在这种情况下发展出了十字交叉索体外预应力加固技术。这种技术在转向块间所布置的预应力筋是在梁底进行交叉处理的。十字交叉索体外预应力加固技术采用的是十字型加固力筋，这种形式的钢筋二次效应较小，并且非对称张拉时产生的侧弯比较小，因此其侧向稳定性较好。本文笔者将结合具体的某建筑地下一层夹层顶板加固工程实例，简要探讨十字交叉索体外预应力加固技术的设计要点和主要的施工工艺。

2　工程概况

本工程为某一大型工程建设项目。在主体结构施工完成之后，由于在地下一层夹层顶板大堂中心的位置处增设了一个喷泉，该喷泉的荷载为230kN，这就引起了该出荷载的增加。为了确保地下一层夹层顶板大堂的结构承载力能够满足要求，需要对该处的楼板进行加固处理，如图1所示为加固楼板平面示意图。其中H3～H4轴线与HL～Hk轴线之间的范围是加固处理的范围。加固板的跨度为10m×8.8m，板的厚度为500mm。经过综合的分析考虑，决定采用十字交叉索体外预应力加固技术对本工程的楼板进行加固处理。

图1　加固楼板平面示意图

3　设计计算

3.1线形设计

⑴考虑到楼板所分布的喷泉荷载为较为均匀的集中荷载，因此体外预应力筋额线形可以采用这项布置的方式。

⑵在进行预应力筋的布置时，应确保其能够形成稳定可靠的传力路径。因此需要将预应力锚固段布置在板顶柱端的位置处。预应力筋沿着板跨的对角线方向采用双向布置的形式，如图2所示为加固板开洞位置图。

图2　加固板开洞位置图

⑶考虑到预应力筋的弯折角度应控制在一定的范围之内，不宜过大，并且为了确保所产生的竖向反力较大，因此需要将预应力弯折点布置在位于板端1/3的位置处。如图3所示为预应力筋的线形布置示意图。

图3　预应力筋的线形布置示意图

3.2节点设计

在十字交叉索体外预应力加固技术的设计中的一个重要内容是节点的设计，主要包括的节点为锚固端节点板、上弯折点节点板、下弯折点节点板等。这些部位处均采用自行设计的钢板焊接构件。在节点的设计过程中，需要特别注意的是，在板底进行交叉索的设置时，应采用分为上下两层布置的形式。对于下弯折点的设计，需要特别注意的是空间位置的分布关系。两方向下弯折点距离板底的距离应分别控制在70mm和110mm。

3.3预应力筋计算

在本工程中，所受到的竖向荷载主要为喷泉的自重荷载。因此根据力平衡的原理，对预应力索进行设计时，应考虑的是两个方向预应力索产生的竖向反力应等于喷泉的荷载。在这种情况下方可对预应力拉索的配筋量进行正确的计算。以下将对预应力筋的计算过程进行简单的介绍。如图4所示为预应力筋的计算简图。

图4　应力筋的计算简图

根据规范要求，上部喷泉的荷载为230kN，因此增加的竖向力为：N总=230kN。

一共设置了4个弯折点，每个下节点弯折点所承担的竖向力为：N=N总/4=168.1kN。

根据图4可以知道，预应力筋所受到的拉力为：T=N/cos70°=168.1kN。

本工程预应力筋所采用的拉索为低松弛预应力钢绞线，根据规范，其fptk=1860N/mm2，单根预应力钢绞线的横截面面积为139mm2。张拉控制应力设计值取为0.3fptk=558 N/mm2，因此所需要的预应力筋的数量为：n=T/（0.3fptkAp）=168.1/（0.3×558×139）=2.2，因此预应力筋的数量取为3根。

4　十字交叉索体外预应力加固施工技术

4.1施工工艺流程

在本工程中进行十字交叉索体外预应力加固技术的施工，其具体的施工工艺流程为楼板开洞→节点安装→钢索制作→预应力索及锚具安装→预应力张拉。

4.2施工要点

⑴楼板开洞。在加固施工中，首先应先进行楼板的开洞施工。本工程需要进行加固的楼板厚度为500mm，由于其板厚较大，因此在混凝土凿除过程中，需要避免对钢筋的上下铁造成影响，不得将其切断。对于楼板的开洞施工一般应采用人工剔凿和机械钻孔相结合的方式。首先采用人工剔凿的方式将开洞位置处楼板上铁保护层范围内的混凝土小心的凿除，以此确定楼板上铁的具体位置，在此基础上方可采用机械钻孔的方式将楼板其他部分的混凝土去除，本工程采用的钻孔机械为水钻。钻孔过程中应确保不触碰普通钢筋。

⑵节点安装。预应力锚固端节点的安装采用的是后锚固技术。通过后锚固技术将钢构件与楼板进行连接，确保牢固。预应力锚固端节点的安装其具体的操作步骤为：首先将预应力锚固端节点位置处楼板上铁保护层范围内的混凝土全部凿除。混凝土全部清理之后，将该位置处植入化学锚栓。根据植入的化学锚栓的位置在钢构件上进行打孔。打孔的数量和位置应确保满足设计的要求。然后将钢构件与混凝土连接处的界面打磨清理干净，这样可以有效的确保钢构件与混凝土之间的粘结效果。打磨完成之后，需要将连接界面上涂抹一层粘钢用结构胶，结构胶的刷图应确保均匀。之后即可按照指定的位置进行钢构件的安装。钢构件与混凝土之间应紧密贴合。如果在钢构件与混凝土之间存在空隙问题，则应采用砂浆将其填塞密实。

⑶钢索制作。在本工程中所采用的体外预应力索的材料为1860级钢绞线。进行钢索的制作其主要的步骤包括下料、编束以及防护等。预应力索在荷载的作用下每根刚较小应确保受力均匀，这样才能充分发挥钢绞线的效益。因此在进行预应力索的制作时，下料应满足尺寸的要求，每根钢绞线的长度应确保相等，并且钢绞线之间应平行分布，不得出现交搭和缠结的问题。当钢绞线制作成束之后，需要在钢绞线上等距离采用高强黏胶进行绑扎，一般情况下黏胶的距离应控制在1m左右。体外预应力索的制作应考虑耐腐蚀防护的问题。本工程所采用的耐腐蚀防护技术为：在单根预应力筋的表面上包裹一层高密度聚乙烯塑料，一般情况下，其厚度为1.5mm。3根预应力筋制作成一束，每根预应力筋应确保平行，之后即可在一束预应力索的表面上包裹一层阻燃布，这种材料具有防护和防火的双重性能。采用阻燃布进行预应力索的包裹，其具体的步骤为：首先对阻燃布进行裁剪，将其裁剪成10cm宽的布条，接着从已经制作成束的钢绞线的一端开始进行阻燃布条的缠绕。布条的缠绕应确保均匀，其中需要注意的是布条上一道与下一道之间的搭接宽度应控制在1/2左右。当一个方向缠绕完成之后，需要按照相反的方向重新再进行一遍缠绕。为了有效的避免布条出现松散的问题，需要采用胶带对其进行绑扎。胶带的间距控制在1m左右。

⑷预应力索及锚具安装。在本工程中进行预应力索及锚具的安装按照预应力筋折线形式进行。与内预应力结构相比，体外预应力结构存在的一个明显差异就是体外预应力结构的预应力筋和锚具是设置在混凝土截面之外的，因此为了确保体外预应力结构的安全性，需要对预应力筋和锚具提出更高的性能要求。在本工程中增加的荷载主要为活载，此时需要考虑振动的影响，夹片在振动的作用下会出现松散，严重的话会产生脱落，这会导致预应力索出现滑落的问题。这对夹片式锚具存在非常严重的危害。这不仅会影响预应力结构的使用寿命，并且还会对结构的安全性造成非常重要的后果。为了避免本工程中出现这种问题，经过综合的分析决定采用群锚的防松装置，其具体的操作步骤为：在锚具的外侧面设置一道防松板，其孔径控制在18mm，这样可以让钢绞线穿过孔洞，而挡板无法穿过孔洞，并且采用螺栓将防松板与锚具紧密的连接在一起，这样可以有效的避免夹片出现松散或者脱落的问题。

⑸张拉。当预应力索和锚具安装完成，确认无误之后，即可开始进行预应力的张拉。本工程进行预应力的张拉采用分级张拉的方式。张拉设备为同步张拉设备。在张拉过程中，采用一台油泵带动两台千斤顶对预应力索进行张拉。张拉过程应确保同步进行，这样可以有效的确保预应力索同步受力。

⑹当预应力索张拉施工完成之后，需要将锚具外露的钢绞线切除。采用的是机械割除的方法。接着安装锚具放松装置。然后需要进行防锈处理，主要应涂防锈漆的部位为弯折钢件、锚固钢件以及锚具等，而需要喷涂防火涂料的部位为所有外露的预应力索和节点。

⑺在施工完成之后，需要采用混凝土将楼板上的洞口、柱端的张拉节点、张拉锚进行封闭。