w预应力加固技术在混凝土框架梁中的应用.doc
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1、预应力加固技术在混凝土框架梁中的应用张亚琴(河北工业大学天津300000)摘 要 本文主要讨论了混凝土框架梁的几种预应力加固技术,对预应力加固的效应进行了分析。并以某综合楼框架梁的加固为例,阐述了其施工工艺流程及施工措施。最后对体外预应力加固梁设计提出了几点建议,希望能对业内人士有所帮助。关键词 混凝土框架梁;预应力加固;加固效应1 引言预应力加固混凝土框架梁就是在梁加固过程中有意识地建立永久的、与外部荷载作用效应相反的内力和内应力,以达到卸除框架梁的部分外力,改善其在不同条件下的变形性能或提高其强度,从而提高结构承载能力,确保结构能继续安全有效地工作,达到加固的目的。因此,在某种意义上来说,
2、预应力加固不应该仅仅被看作是一项简单的技术,而应作为加固的指导思想,即如何设法提高新加的结构(或材料)与原有结构(或材料)协同工作的可靠性。体外预应力结构体系的主要优点是:简化预应力筋曲线,减小摩阻损失;减小混凝土构件截面尺寸,减轻结构自重;可更换预应力筋,并便于在使用期内检测和维护;施工工艺简便,由于预应力筋与混凝土截面分离,提高了混凝土的质量和耐久性。本文主要介绍了预应力加固技术在混凝土框架梁中的应用。1 预应力筋主要张拉方式1.1 千斤顶张拉法这是一种用千斤顶在预应力筋的顶端进行张拉并锚固的方法。它较适用于鱼腹筋,对于直线筋,由于在梁端放置千斤顶较为困难,因此往往不易实现。但有人研制了一
3、种外拉式千斤顶,加固时,将其放置在梁的中间部位启动油泵即可张拉完成。见图1。图一. 体外千斤顶张拉法1.2 横向张拉法这是一种横向预加应力的方法。其原理是在加固筋两端被锚固的情况下,利用扳手和螺栓等简易装置,迫使加固筋由直变曲产生拉伸应变,从而在预应力筋中建立预应力。,将加固筋两端锚固在原梁上,加固筋可以为弯折的下撑式,也可以为直线式,每隔一定距离用撑杆(角钢或粗钢筋)撑在两根加固筋之间,在撑杆间设置U行螺丝,把2根加固筋横向收紧拉拢,即在其中建立了预应力。图二. 人工横向收敛法1.3 竖向张拉法它包括人工竖向张拉法和千斤顶竖向张拉法两种。图为人工竖向顶撑张拉,图中3为固定在梁底面的上钢板,4
4、为焊接在加固筋上的下钢板(其上焊有螺母),当拧动顶升螺栓丝6时,上下钢板的距离变大,迫使加固筋下移,从而建立了预应力筋。图人工竖向张拉1.4电热张拉法电热张拉法的工艺为:对加固筋通以低电压的大电流,使加固筋发热伸长,伸长值达到要求后切断电流,并立即将两端锚固。随后,加固筋恢复到常温而产生收缩变形,在加固筋中建立了预应力。2预应力加固效应分析预应力加固法与其他加固方法相比,具有一些独特的加固特性或加固效应。2.1卸载效应采用预应力法对结构构件加固后.由于施加的预应力与原结构的外部荷载是反向的,预应力产生的内力对原结构形成反向的平衡荷载,原结构的内力或变形减小,再增加结构的荷载,由两者共同分担,这
5、样就相应地提高了结构的承载力,对于即将破坏的结构,则使结构由临界状态回到安全状态,或延迟结构的破坏,同时结构构件的变形减小,裂缝在一定程度上闭合。2.2弹塑性效应增加的预应力杆件系相当于在原结构构件外部增加了一个弹性支座,或使混凝土材料具有更良好的弹塑性,部分卸载后结构的强度一变形曲线退回到弹性阶段;此外,由于加固用钢材具有良好的延性和强化性能,外部杆件能随结构荷载的增加同步地分担荷载,因此,加固后结构的变形性能得到改善,具有明显的弹性特征。2.3协调效应材料间应力应变滞后是影响加固效果的最主要因素之一,而预应力加固法能使加固材料与原结构有效地结合,提前分担结构荷载,同时使原结构的内力变形减小
6、,在一定程度上减小了新旧材料或结构间的应力应变水平的差距,消除了滞后效应,充分发挥了加固材料强度优势。3工程实例3.1工程概况某建筑物钢筋混凝土梁由于各种原因需进行加固。该梁截面(宽高)为700mm1800mm、长为16000mm。混凝土结构的加固方法很多,加固方法的选择应根据可靠性鉴定结果、结构功能及加固原因,结合结构的特点、具体条件及功能要求等因素,并按加固效果可靠、施工简便及经济合理原则。经过对各种加固方法的对比,并结合该钢筋混凝土梁的具体情况,选择了采用预应力下撑式拉杆,横向张拉法进行加固。3.2体外预应力加固施工(1)构件基层处理。铲去需加固构件表面的抹灰层和疏松层,并将构件表面洗净
7、。(2)根据设计要求安装预应力筋锚板、梁底垫筋。端部锚板预埋件采用钻孔用16膨胀螺栓的方式进行锚固,螺栓孔系为水平孔。锚板根据图纸要求制作,锚板场外加工完成,并根据现场螺栓孔的位置放样钻孔。螺栓孔通过电锤成孔,锚板通过台钻成孔。端部锚板的安装程序为钻孔-高压气流清孔-灌结构胶-埋入螺栓装入锚板(钢板与混凝土面用结构胶嵌填)-螺母拧紧。梁底钢筋垫板用结构胶粘贴固定就位(结构胶粘贴面须表面处理)。(3)预应力筋的加工及安装。预应力筋采用级圆钢(fk=210kPa)钢筋,现场下料,且制作前必须预拉调直,弯折成设计要求的角度,安装就位,钢筋与锚板通过焊接连接。(4)张拉。采用横向张拉,张拉时先适当拉紧
8、螺栓,再逐渐放松,经反复后,直至拉杆基本上平直且不松弛时为止,并记录这时预应力钢筋横向位移量,作为控制横向张拉量的初读数。然后,再收紧螺帽,分两次张拉到设计参数控制的单侧横向位移张拉量。(5)防火保护层。用直径1.52.0mm的软钢丝缠绕加固后的拉杆及附件,然后抹12.5水泥砂浆保护层,厚度不小于30mm。3.3加固效果评述加固后的梁进行了载荷试验,达到了设计要求,并节省了工程造价,说明梁体外预应力加固按上述科学设计、精心施工,能够保证加固构件的质量,具有加固、卸载、减小结构内力的三重效果。有效增加构件的承载力、刚度和抗裂性,并取得了很好的经济效益和社会效益。 4体外预应力加固梁设计建议(1)
9、一般情况下,钢筋混凝土框架结构采用直线体外预应力进行加固时,在正常使用极限状态下,梁的跨中扰度的减小幅度明显小于折线预应力加固方案,裂缝宽度的变化情况也相对较小,因此建议在单跨钢筋混凝土框架用直线体外预应力。(2)建议在跨中增设转向块(支点)。加固梁最终破坏一般是由于跨中位置裂缝和挠度太大导致上部混凝土压碎引起的。增设转向块虽不能起转向的作用,但可使体外约束的变形与结构变形相一致,相应减小跨中挠度,并减小由于体外预应力束相对位置上移、偏心矩变化对加固梁的影响。(3)体外预应力筋由混凝土收缩、徐变及摩擦等引起的预应力损失比普通预应力混凝土梁预应力筋要小;此外,结构濒临破坏时,体外预应力筋的应力增
10、量很大。因此,体外索的张拉控制应力应适当降低,以避免预应力筋长期处于高应力状态以及结构的突然脆性破坏。体外预应力筋的张拉控制应力con不宜超过0.6fptk, 但为了充分发挥体外预应力筋的强度con也不应小于0.4fptk。当要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉等因素产生的预应力损失时,上述张拉控制应力限值可提高0.05fptk。(4)为避免发生突然脆性的失效和节约材料, 体外预应力筋截面不宜选得太大。体外预应力筋的数量增加到一定程度后,再增加预应力筋的数量不会提高结构的极限承载力,此时增设的钢筋仅能改变加固梁的破坏形态( 从弯曲破坏的形态变为上部混凝土受压区压碎的脆性破坏形态)。(5
11、)体外预应力钢筋直接暴露在外时,预应力筋补强设计时应考虑能够进行体外预应力筋的检查和检测,同时应考虑在特殊情况下锚具更换或预应力筋松锚重新张拉的需要。5结束语体外预应力技术是加固既有钢筋混凝土梁最有效的方法之一。体外预应力加固既有钢筋混凝土梁,加固概念明确效果明显。利用体外预应力对既有混凝土梁进行加固,可从根本上提高梁的弯曲性能,能较大程度地恢复梁的挠度、提高梁的抗弯强度及抗剪强度。体外预应力技术在结构加固与改造工程中正发挥越来越重要的作用, 体外预应力结构体系的适用范围非常广泛,既可用于预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑工程结构等新建结构,也可用于旧有的钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的重建、
12、加固和维修,同时体外预应力技术还可用于临时性预应力混凝土结构或施工临时性钢索,是一种值得推广的结构加固技术。参考文献1曹双寅,丘洪兴,王恒华.结构可靠性鉴定与加固技术M.北京中国水利水电出版社,200史丽远,郑志东.体外预应力在加固工程中的应用研究J.福建建筑,2002(1).赵夕来.钢筋混凝土梁体外预应力加固简化计算方法J.安徽建筑,2005(5).原文已完。下文为附加文档,如不需要,下载后可以编辑删除,谢谢!施工组织设计本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。编制时,我公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺,特制定本施工组织设
13、计。一、 工程概况:西夏建材城生活区27#、30#住宅楼位于银川市新市区,橡胶厂对面。本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发,银川市规划建筑设计院设计。本工程耐火等级二级,屋面防水等级三级,地震防烈度为8度,设计使用年限50年。本工程建筑面积:27#楼3824.75m2;30#楼3824.75 m2。室内地坪0.00以绝对标高1110.5 m为准,总长27#楼47.28m;30#楼47.28 m。总宽27#楼14.26m;30#楼14.26 m。设计室外地坪至檐口高度18.6 00m,呈长方形布置,东西向,三个单元。本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。外墙水泥砂浆抹面,外刷浅灰色墙漆。内墙
14、面除卫生间200300瓷砖,高到顶外,其余均水泥砂桨罩面,刮二遍腻子;楼梯间内墙采用50厚胶粉聚苯颗粒保温。地面除卫生间200200防滑地砖,楼梯间50厚细石砼1:1水泥砂浆压光外,其余均采用50厚豆石砼毛地面。楼梯间单元门采用楼宇对讲门,卧室门、卫生间门采用木门,进户门采用保温防盗门。本工程窗均采用塑钢单框双玻窗,开启窗均加纱扇。本工程设计为节能型住宅,外墙均贴保温板。本工程设计为砖混结构,共六层。基础采用C30钢筋砼条形基础,上砌MU30毛石基础,砂浆采用M10水泥砂浆。一、二、三、四层墙体采用M10混合砂浆砌筑MU15多孔砖;五层以上采用M7.5混合砂浆砌筑MU15多孔砖。本工程结构中使
15、用主要材料:钢材:I级钢,II级钢;砼:基础垫层C10,基础底板、地圈梁、基础构造柱均采用C30,其余均C20。本工程设计给水管采用PPR塑料管,热熔连接;排水管采用UPVC硬聚氯乙烯管,粘接;给水管道安装除立管及安装IC卡水表的管段明设计外,其余均暗设。本工程设计采暖为钢制高频焊翅片管散热器。本工程设计照明电源采用BV2.5铜芯线,插座电源等采用BV4铜芯线;除客厅为吸顶灯外,其余均采用座灯。二、 施工部署及进度计划1、工期安排本工程合同计划开工日期:2004年8月21日,竣工日期:2005年7月10日,合同工期315天。计划2004年9月15日前完成基础工程,2004年12月30日完成主体
16、结构工程,2005年6月20日完成装修工种,安装工程穿插进行,于2005年7月1日前完成。具体进度计划详见附图1(施工进度计划)。2、施工顺序基础工程工程定位线(验线)挖坑钎探(验坑)砂砾垫层的施工基础砼垫层刷环保沥青 基础放线(预检)砼条形基础刷环保沥青 毛石基础的砌筑构造柱砼地圈梁地沟回填工。结构工程结构定位放线(预检)构造柱钢筋绑扎、定位(隐检)砖墙砌筑(50cm线找平、预检)柱梁、顶板支模(预检)梁板钢筋绑扎(隐检、开盘申请)砼浇筑下一层结构定位放线重复上述施工工序直至顶。内装修工程门窗框安装室内墙面抹灰楼地面门窗安装、油漆五金安装、内部清理通水通电、竣工。外装修工程外装修工程遵循先上
17、后下原则,屋面工程(包括烟道、透气孔、压顶、找平层)结束后,进行大面积装饰,塑钢门窗在装修中逐步插入。三、 施工准备1、 现场道路本工程北靠北京西路,南临规划道路,交通较为方便。场内道路采用级配砂石铺垫,压路机压。2、 机械准备设2台搅拌机,2台水泵。现场设钢筋切断机1台,调直机1台,电焊机2台,1台对焊机。现场设木工锯,木工刨各1台。回填期间设打夯机2台。现场设塔吊2台。3、施工用电施工用电已由建设单位引入现场;根据工程特点,设总配电箱1个,塔吊、搅抖站、搅拌机、切断机、调直机、对焊机、木工棚、楼层用电、生活区各配置配电箱1个;电源均采用三相五线制;各分支均采用钢管埋地;各种机械均设置接零、
18、接地保护。具体配电箱位置详见总施工平面图。3、 施工用水施工用水采用深井水自来水,并砌筑一蓄水池进行蓄水。楼层用水采用钢管焊接给水管,每层留一出水口;给水管不置蓄水池内,由潜水泵进行送水。4、 生活用水生活用水采用自来水。5、 劳动力安排结构期间:瓦工40人;钢筋工15人;木工15人;放线工2人;材料1人;机工4人;电工2人;水暖工2人;架子工8人;电焊工2人;壮工20人。装修期间抹灰工60人;木工4人;油工8人;电工6人;水暖工10人。四、主要施工方法1、施工测量放线施工测量基本要求A、西夏建材城生活区17#、30#住宅楼定位依据:西夏建材城生活区工程总体规划图,北京路、规划道路永久性定位B
19、、根据工程特点及建筑工程施工测量规程DBI012195,4、3、2条,此工程设置精度等级为二级,测角中误差12,边长相对误差1/15000。C、根据施工组织设计中进度控制测量工作进度,明确对工程服务,对工程进度负责的工作目的。工程定位A、根据工程特点,平面布置和定位原则,设置一横一纵两条主控线即27#楼:(A)轴线和(1)轴线;30#楼:(A)轴线和(1)轴线。根据主轴线设置两条次轴线即27#楼:(H)轴线和(27)轴线;30#楼:(H)轴线和(27)轴线。 B、主、次控轴线定位时均布置引桩,引桩采用木桩,后砌一水泥砂浆砖墩;并将轴线标注在四周永久性建筑物或构造物上,施测完成后报建设单位、监理
20、单位确认后另以妥善保护。C、控轴线沿结构逐层弹在墙上,用以控制楼层定位。D、水准点:建设单位给定准点,建筑物0.00相当于绝对标高1110.500m。基础测量A、在开挖前,基坑根据平面布置,轴线控制桩为基准定出基坑长、宽度,作为拉小线的依据;根据结构要求,条基外侧1100mm为砂砾垫层边,考虑放坡,撒上白灰线,进行开挖。B、在垫层上进行基础定位放线前,以建筑物平面控制线为准,校测建筑物轴线控制桩无误后,再用经纬仪以正倒镜挑直法直接投测各轴线。C、标高由水准点引测至坑底。结构施工测量A、首层放线验收后,主控轴一引至外墙立面上,作为以上务层主轴线竖身高以测的基准。B、施工层放线时,应在结构平面上校
21、投测轴线,闭合后再测设细部尺寸和边线。C、标高竖向传递设置3个标高点,以其平均点引测水平线折平时,尽量将水准仪安置在测点范围内中心位置,进行测设。2、基坑开挖本工种设计地基换工,夯填砂砾垫层1100mm;根据此特点,采用机械大开挖,留200mm厚进行挖工、铲平。开挖时,根据现场实际土质,按规范要求1:0.33放坡,反铲挖掘机挖土。开挖出的土,根据现场实际情况,尽量留足需用的好土,多余土方挖出,避免二次搬运。人工开挖时,由技术员抄平好水平控制小木桩,用方铲铲平。挖掘机挖土应该从上而下施工,禁止采用挖空底脚的操作方法。机械挖土,先发出信号,挖土的时候,挖掘机操作范围内,不许进行其他工作,装土的时候
22、,任何人都不能停留在装土车上。3、砌筑工程材料砖:MU15多孔砖,毛石基础采用MU30毛石。砂浆:0.00以下采用M10水泥砂浆,一、二、三、四层采用M10混合砂浆,五层以上采用M7.5混合砂浆。砌筑要求A、开工前由工长对所管辖班组下发技术交底。B、砌筑前应提前浇水湿润砖块,水率保持在1015。C、砌筑采用满铺满挤“三一砌筑法“,要求灰浆饱满,灰缝812mm。D、外墙转角处应同时砌筑,内外墙交接处必须留斜槎,槎子长度不小于墙体高度的2/3,槎子必须平直、通顺。E、隔墙与墙不同时砌筑又不留成斜槎时可于墙中引出阳槎或在墙的灰缝中预埋拉结筋,每道不少于2根。F、接槎时必须将表面清理干净,浇水湿润,填
23、实砂浆,保持灰缝平直。G、砖墙按图纸要求每50mm设置26钢筋与构造柱拉结,具体要求见结构总说明。H、施工时需留置临时洞口,其侧边离交接处的墙面不少于500mm,顶部设边梁。4、钢筋工程凡进场钢筋须具备材质证明,原材料须取样试验,经复试合格后方可使用。钢筋绑扎前应仔细对照图纸进行翻样,根据翻样配料,施工前由工长对所管辖班组下发技术交底,准备施工工具,做好施工的准备工作。板中受力钢筋搭接,I级钢30d,II级钢40d,搭接位置:上部钢筋在跨中1/3范围内,下部钢筋在支座1/3范围内。钢筋保护层:基础40mm,柱、梁30mm,板20mm。保护层采用50mm50mm的水泥砂浆块。板上部钢筋用马凳按梅
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