謝合舜　　韓映忠

（廣州市建筑科學(xué)研究院新技術(shù)開發(fā)中心有限公司）

十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)在板柱結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

謝合舜韓映忠

（廣州市建筑科學(xué)研究院新技術(shù)開發(fā)中心有限公司）

十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)采用的是十字型加固力筋，這種形式的鋼筋二次效應(yīng)較小，并且非對稱張拉時產(chǎn)生的側(cè)彎比較小，因此其側(cè)向穩(wěn)定性較好。本文筆者將結(jié)合具體的某建筑地下一層夾層頂板加固工程實例，簡要探討十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的設(shè)計要點和主要的施工工藝，希望能對類似工程起到借鑒作用。

十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)；板柱結(jié)構(gòu)；設(shè)計要點；施工工藝

1　引言

工程結(jié)構(gòu)的維修、加固、改造以及新建技術(shù)是建筑結(jié)構(gòu)建設(shè)市場中一個重要內(nèi)容。對于混凝土結(jié)構(gòu)進行加固處理可以采用的主要施工技術(shù)包括體外預(yù)應(yīng)力加固法、粘鋼條帶法、加大截面法以及改變結(jié)構(gòu)體系法等。其中體外預(yù)應(yīng)力加固法主要是指通過對梁板等受彎構(gòu)件的受拉區(qū)施加體外預(yù)應(yīng)力以提高結(jié)構(gòu)的整體強度和剛度，這樣不僅可以降低結(jié)構(gòu)所受到的自重應(yīng)力，同時還可以有效的提高結(jié)構(gòu)的承載力和抵抗變形的能力。這種方法主要是在混凝土結(jié)構(gòu)外布置預(yù)應(yīng)力索，因此維修和檢查等較為方便。預(yù)應(yīng)力索可以多次進行張拉，這樣可以充分的發(fā)揮預(yù)應(yīng)力索的效益?；炷两Y(jié)構(gòu)本身即使存在裂縫問題，也不會對預(yù)應(yīng)力索的防銹蝕能力造成影響。體外預(yù)應(yīng)力索在結(jié)構(gòu)的加固中進行應(yīng)用可以在不卸載的情況下進行，因此對于結(jié)構(gòu)的正常使用不會造成較大的影響。一般情況下，傳統(tǒng)的體外預(yù)應(yīng)力折線形加固技術(shù)采用的是平行布筋的方式，這種布筋方式是轉(zhuǎn)向塊間的預(yù)應(yīng)力筋與梁側(cè)平行。近年來，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變，但是荷載的增加量不大，在這種情況下發(fā)展出了十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)。這種技術(shù)在轉(zhuǎn)向塊間所布置的預(yù)應(yīng)力筋是在梁底進行交叉處理的。十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)采用的是十字型加固力筋，這種形式的鋼筋二次效應(yīng)較小，并且非對稱張拉時產(chǎn)生的側(cè)彎比較小，因此其側(cè)向穩(wěn)定性較好。本文筆者將結(jié)合具體的某建筑地下一層夾層頂板加固工程實例，簡要探討十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的設(shè)計要點和主要的施工工藝。

2　工程概況

本工程為某一大型工程建設(shè)項目。在主體結(jié)構(gòu)施工完成之后，由于在地下一層夾層頂板大堂中心的位置處增設(shè)了一個噴泉，該噴泉的荷載為230kN，這就引起了該出荷載的增加。為了確保地下一層夾層頂板大堂的結(jié)構(gòu)承載力能夠滿足要求，需要對該處的樓板進行加固處理，如圖1所示為加固樓板平面示意圖。其中H3～H4軸線與HL～Hk軸線之間的范圍是加固處理的范圍。加固板的跨度為10m×8.8m，板的厚度為500mm。經(jīng)過綜合的分析考慮，決定采用十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)對本工程的樓板進行加固處理。

圖1　加固樓板平面示意圖

3　設(shè)計計算

3.1線形設(shè)計

⑴考慮到樓板所分布的噴泉荷載為較為均勻的集中荷載，因此體外預(yù)應(yīng)力筋額線形可以采用這項布置的方式。

⑵在進行預(yù)應(yīng)力筋的布置時，應(yīng)確保其能夠形成穩(wěn)定可靠的傳力路徑。因此需要將預(yù)應(yīng)力錨固段布置在板頂柱端的位置處。預(yù)應(yīng)力筋沿著板跨的對角線方向采用雙向布置的形式，如圖2所示為加固板開洞位置圖。

圖2　加固板開洞位置圖

⑶考慮到預(yù)應(yīng)力筋的彎折角度應(yīng)控制在一定的范圍之內(nèi)，不宜過大，并且為了確保所產(chǎn)生的豎向反力較大，因此需要將預(yù)應(yīng)力彎折點布置在位于板端1/3的位置處。如圖3所示為預(yù)應(yīng)力筋的線形布置示意圖。

圖3　預(yù)應(yīng)力筋的線形布置示意圖

3.2節(jié)點設(shè)計

在十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的設(shè)計中的一個重要內(nèi)容是節(jié)點的設(shè)計，主要包括的節(jié)點為錨固端節(jié)點板、上彎折點節(jié)點板、下彎折點節(jié)點板等。這些部位處均采用自行設(shè)計的鋼板焊接構(gòu)件。在節(jié)點的設(shè)計過程中，需要特別注意的是，在板底進行交叉索的設(shè)置時，應(yīng)采用分為上下兩層布置的形式。對于下彎折點的設(shè)計，需要特別注意的是空間位置的分布關(guān)系。兩方向下彎折點距離板底的距離應(yīng)分別控制在70mm和110mm。

3.3預(yù)應(yīng)力筋計算

在本工程中，所受到的豎向荷載主要為噴泉的自重荷載。因此根據(jù)力平衡的原理，對預(yù)應(yīng)力索進行設(shè)計時，應(yīng)考慮的是兩個方向預(yù)應(yīng)力索產(chǎn)生的豎向反力應(yīng)等于噴泉的荷載。在這種情況下方可對預(yù)應(yīng)力拉索的配筋量進行正確的計算。以下將對預(yù)應(yīng)力筋的計算過程進行簡單的介紹。如圖4所示為預(yù)應(yīng)力筋的計算簡圖。

圖4　應(yīng)力筋的計算簡圖

根據(jù)規(guī)范要求，上部噴泉的荷載為230kN，因此增加的豎向力為：N總=230kN。

一共設(shè)置了4個彎折點，每個下節(jié)點彎折點所承擔(dān)的豎向力為：N=N總/4=168.1kN。

根據(jù)圖4可以知道，預(yù)應(yīng)力筋所受到的拉力為：T=N/cos70°=168.1kN。

本工程預(yù)應(yīng)力筋所采用的拉索為低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，根據(jù)規(guī)范，其fptk=1860N/mm2，單根預(yù)應(yīng)力鋼絞線的橫截面面積為139mm2。張拉控制應(yīng)力設(shè)計值取為0.3fptk=558 N/mm2，因此所需要的預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量為：n=T/（0.3fptkAp）=168.1/（0.3×558×139）=2.2，因此預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量取為3根。

4　十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固施工技術(shù)

4.1施工工藝流程

在本工程中進行十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)的施工，其具體的施工工藝流程為樓板開洞→節(jié)點安裝→鋼索制作→預(yù)應(yīng)力索及錨具安裝→預(yù)應(yīng)力張拉。

4.2施工要點

⑴樓板開洞。在加固施工中，首先應(yīng)先進行樓板的開洞施工。本工程需要進行加固的樓板厚度為500mm，由于其板厚較大，因此在混凝土鑿除過程中，需要避免對鋼筋的上下鐵造成影響，不得將其切斷。對于樓板的開洞施工一般應(yīng)采用人工剔鑿和機械鉆孔相結(jié)合的方式。首先采用人工剔鑿的方式將開洞位置處樓板上鐵保護層范圍內(nèi)的混凝土小心的鑿除，以此確定樓板上鐵的具體位置，在此基礎(chǔ)上方可采用機械鉆孔的方式將樓板其他部分的混凝土去除，本工程采用的鉆孔機械為水鉆。鉆孔過程中應(yīng)確保不觸碰普通鋼筋。

⑵節(jié)點安裝。預(yù)應(yīng)力錨固端節(jié)點的安裝采用的是后錨固技術(shù)。通過后錨固技術(shù)將鋼構(gòu)件與樓板進行連接，確保牢固。預(yù)應(yīng)力錨固端節(jié)點的安裝其具體的操作步驟為：首先將預(yù)應(yīng)力錨固端節(jié)點位置處樓板上鐵保護層范圍內(nèi)的混凝土全部鑿除?；炷寥壳謇碇?，將該位置處植入化學(xué)錨栓。根據(jù)植入的化學(xué)錨栓的位置在鋼構(gòu)件上進行打孔。打孔的數(shù)量和位置應(yīng)確保滿足設(shè)計的要求。然后將鋼構(gòu)件與混凝土連接處的界面打磨清理干凈，這樣可以有效的確保鋼構(gòu)件與混凝土之間的粘結(jié)效果。打磨完成之后，需要將連接界面上涂抹一層粘鋼用結(jié)構(gòu)膠，結(jié)構(gòu)膠的刷圖應(yīng)確保均勻。之后即可按照指定的位置進行鋼構(gòu)件的安裝。鋼構(gòu)件與混凝土之間應(yīng)緊密貼合。如果在鋼構(gòu)件與混凝土之間存在空隙問題，則應(yīng)采用砂漿將其填塞密實。

⑶鋼索制作。在本工程中所采用的體外預(yù)應(yīng)力索的材料為1860級鋼絞線。進行鋼索的制作其主要的步驟包括下料、編束以及防護等。預(yù)應(yīng)力索在荷載的作用下每根剛較小應(yīng)確保受力均勻，這樣才能充分發(fā)揮鋼絞線的效益。因此在進行預(yù)應(yīng)力索的制作時，下料應(yīng)滿足尺寸的要求，每根鋼絞線的長度應(yīng)確保相等，并且鋼絞線之間應(yīng)平行分布，不得出現(xiàn)交搭和纏結(jié)的問題。當(dāng)鋼絞線制作成束之后，需要在鋼絞線上等距離采用高強黏膠進行綁扎，一般情況下黏膠的距離應(yīng)控制在1m左右。體外預(yù)應(yīng)力索的制作應(yīng)考慮耐腐蝕防護的問題。本工程所采用的耐腐蝕防護技術(shù)為：在單根預(yù)應(yīng)力筋的表面上包裹一層高密度聚乙烯塑料，一般情況下，其厚度為1.5mm。3根預(yù)應(yīng)力筋制作成一束，每根預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)確保平行，之后即可在一束預(yù)應(yīng)力索的表面上包裹一層阻燃布，這種材料具有防護和防火的雙重性能。采用阻燃布進行預(yù)應(yīng)力索的包裹，其具體的步驟為：首先對阻燃布進行裁剪，將其裁剪成10cm寬的布條，接著從已經(jīng)制作成束的鋼絞線的一端開始進行阻燃布條的纏繞。布條的纏繞應(yīng)確保均勻，其中需要注意的是布條上一道與下一道之間的搭接寬度應(yīng)控制在1/2左右。當(dāng)一個方向纏繞完成之后，需要按照相反的方向重新再進行一遍纏繞。為了有效的避免布條出現(xiàn)松散的問題，需要采用膠帶對其進行綁扎。膠帶的間距控制在1m左右。

⑷預(yù)應(yīng)力索及錨具安裝。在本工程中進行預(yù)應(yīng)力索及錨具的安裝按照預(yù)應(yīng)力筋折線形式進行。與內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相比，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)存在的一個明顯差異就是體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力筋和錨具是設(shè)置在混凝土截面之外的，因此為了確保體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的安全性，需要對預(yù)應(yīng)力筋和錨具提出更高的性能要求。在本工程中增加的荷載主要為活載，此時需要考慮振動的影響，夾片在振動的作用下會出現(xiàn)松散，嚴(yán)重的話會產(chǎn)生脫落，這會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力索出現(xiàn)滑落的問題。這對夾片式錨具存在非常嚴(yán)重的危害。這不僅會影響預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的使用壽命，并且還會對結(jié)構(gòu)的安全性造成非常重要的后果。為了避免本工程中出現(xiàn)這種問題，經(jīng)過綜合的分析決定采用群錨的防松裝置，其具體的操作步驟為：在錨具的外側(cè)面設(shè)置一道防松板，其孔徑控制在18mm，這樣可以讓鋼絞線穿過孔洞，而擋板無法穿過孔洞，并且采用螺栓將防松板與錨具緊密的連接在一起，這樣可以有效的避免夾片出現(xiàn)松散或者脫落的問題。

⑸張拉。當(dāng)預(yù)應(yīng)力索和錨具安裝完成，確認無誤之后，即可開始進行預(yù)應(yīng)力的張拉。本工程進行預(yù)應(yīng)力的張拉采用分級張拉的方式。張拉設(shè)備為同步張拉設(shè)備。在張拉過程中，采用一臺油泵帶動兩臺千斤頂對預(yù)應(yīng)力索進行張拉。張拉過程應(yīng)確保同步進行，這樣可以有效的確保預(yù)應(yīng)力索同步受力。

⑹當(dāng)預(yù)應(yīng)力索張拉施工完成之后，需要將錨具外露的鋼絞線切除。采用的是機械割除的方法。接著安裝錨具放松裝置。然后需要進行防銹處理，主要應(yīng)涂防銹漆的部位為彎折鋼件、錨固鋼件以及錨具等，而需要噴涂防火涂料的部位為所有外露的預(yù)應(yīng)力索和節(jié)點。

⑺在施工完成之后，需要采用混凝土將樓板上的洞口、柱端的張拉節(jié)點、張拉錨進行封閉。

5　結(jié)語

⑴在本工程中進行板柱的加固具有難度大、技術(shù)含量高等特點，加固工程中主要應(yīng)用到的先進技術(shù)包括體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、化學(xué)錨栓技術(shù)等。

⑵在交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)中，最大的難點是進行節(jié)點設(shè)計，其中需要考慮的重點包括結(jié)構(gòu)形式、荷載情況等。

⑶對于雙索的形式，在張拉過程中，應(yīng)采取同步張拉的方式，確保受力均勻。

⑷對于體外預(yù)應(yīng)力拉索應(yīng)設(shè)置錨具防松裝置以避免錨具夾片出現(xiàn)松動的問題。●

［1］許曙東，張開臣，徐剛.交叉索體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在板柱結(jié)構(gòu)加固工程中的應(yīng)用研究［J］.工業(yè)建筑，2008，S1：1069-1071.

［2］許曙東，張開臣，徐剛.板柱結(jié)構(gòu)十字交叉索體外預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)設(shè)計與施工工藝［A］.中國土木工程學(xué)會混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土分會、中國建筑科學(xué)研究院.第十屆后張預(yù)應(yīng)力學(xué)術(shù)交流會論文集［C］.中國土木工程學(xué)會混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土分會、中國建筑科學(xué)研究院，2008.

［3］胡成.鋼筋混凝土雙向板單向加固技術(shù)的試驗研究［D］.東南大學(xué)，2006.

［4］許曙東，馮博.體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)在房屋建筑加固改造工程中的應(yīng)用［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2010，S2：642-644.