浅议体外预应力技术在现代工程改造中的应用
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摘要:在现代工程结构改造中,为了完善建筑功能,形成新的大跨度空间,通过体外预应力技术实现托梁抽柱的施工工艺已经越来越多的被设计、施工单位所应用。通过对某大学教学楼会议室改造的设计理论和施工组织的研究探讨,阐明了该技术的可靠性和有效性。
Abstract:In the transformation of modern engineering structures, in order to improve the building function, prestressing column joist construction process by forming new long-span space technology has been more and more applied in the design and construction. Based on the floor conference room in university teaching design theory and construction organizations, the reliability and validity of the technology are presented.
关键词:体外预应力;结构改造;托梁抽柱;大跨度空间
Key words:external prestressing; restructuring; joist columns; span space
中图分类号:TU74 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)06-0251-01
1工程概况及特点
本工程为某大学教学楼会议室部分改造工程,该建筑为新建教学楼,框架结构。由于建设单位房间使用功能改变,为了满足建筑功能要求,需将原一层中柱托换掉。原柱承担两跨8.7m跨无粘接预应力主梁,拔柱后主梁跨度变为17.4m,形成较大室内空间,弥补原有建筑改变用途后的缺陷。
2方案的对比分析与选择
2.1 方案提出
通过计算,原混凝土梁截面不能满足现有结构体系的改变,必须加固。但因常规的粘钢或碳纤维加固方法变形验算难以满足规范,并且存在消防隐患,故考虑了以下两种方案:①采用钢梁直接托住原梁,抽掉会议室中柱;②采用体外预应力技术托住原梁,抽掉中柱,即将原中柱承担的荷载通过预应力筋转移至两侧边柱上。
2.2 方案分析
①钢梁托换方案:原材料由工厂统一加工,质量容易保证,并且传力途径明确,工期较短。然而,钢梁结构高度将近1m,对于需要大空间的会议室,不但影响了室内净高和装饰效果,而且也给投影仪安装和管线穿越带来了麻烦。另一方面,该教学楼已投入使用,对于新制作钢梁的运输和就位存在较大困难;即便钢梁就位,抽柱以后原有混凝土梁与钢梁的联合作用,不能确保混凝土结构不发生变形和裂缝等危害。②体外预应力技术方案:应用该方案受现场作业条件影响较小,对层高和仪器设备、管线的安装影响较小,并且当预应力筋开始张拉时新老混凝土能够共同作用,不会导致变形、开裂等病害。然而该工艺工期较长,并且经结构验算,原无粘接预应力梁中预应力筋的配置曲线严格符合原柱的支撑情况,在抽掉梁下中柱后预应力筋将起反作用,并且无法调整改造其线形,因此需要卸除。
2.3 方案确定
经过对以上方案的详细论证和多方面因素的综合考虑,最终确定采用体外预应力技术进行托梁抽柱。由于该主梁原预应力钢筋通长布置,卸除时将导致其与次梁交接部位丧失承载能力。为解决这一制约性因素,设计采用增大梁断面尺寸,重新配置预应力筋的方法。通过对上部荷载进行验算,确定在抽柱后弯矩最大的跨中布设28ф15无粘接预应力钢绞线承担荷载。同时将原梁加高至950mm,两侧各加宽300mm,并配置相应的构造钢筋,完成以上工作后,即顺序张拉新预应力筋同时顺序卸除原预应力筋,解决了原预应力筋卸除时丧失承载能力的问题。
3施工工艺及技术措施
3.1 施工内容
①本工程中考虑结构的安全性和可靠度,经过验算后,首先对两侧边柱进行地基压力灌浆加固。②在原结构托换过程中对纵向主梁进行卸荷支顶。③对原纵向主梁进行钻孔植筋,对纵向主梁的新无粘接预应力钢筋进行布筋及锚固。④原主梁无粘接预应力钢筋放张及新托换体外无粘接预应力筋同步张拉施工。⑤柱的托换拆除施工。⑥新结构进行现场原位加荷应力应变检测。
3.2 主要材料准备
①本方案采用?准15.7mm,极限强度标准值为2000MPa的预应力钢绞线。②新增加截面的混凝土采用C40梁柱混凝土。③植筋胶采用JGN结构胶。
3.3 工艺流程
支顶卸荷原混凝土梁表面及楼板连接部凿沟槽处理钻孔植筋、安装梁底模板绑、焊普通钢筋及铺设无粘节预应力钢筋安装梁侧模板、丙酮清洗界面原混凝土表面界面剂处理浇注混凝土混凝土养护到设计强度卸除原预应力筋同时张拉新预应力筋拆除模板观测拆除需托换的柱拆除支顶
3.4 主要施工方法
①凿除部分混凝土楼板:对主梁进行加宽处理之前,应将梁两侧(每侧325mm)现浇板混凝土凿除。根据放线尺寸,先用钎子或电锤自放线处将楼板打透,再凿除楼板,楼板与梁交接部位凿至梁外皮,凿除楼板时不能破坏板内钢筋。②原混凝土梁表面凿沟槽处理:为保证梁的新旧混凝土结合密实并可靠传递剪应力,在梁上下及侧面开凿沟槽。间距不大于箍筋间距,梁端部加密。③钻孔植筋:钻孔部位与原梁内钢筋交叉时,不破坏梁内钢筋,以保证原结构正常受力。成孔后,吹除灰尘并用丙酮清洗。孔内注入JGN结构胶,注胶不应有气泡,植入钢筋后待养护至达到强度与混凝土牢固粘接后,方可与其它钢筋绑扎。④卸除和张拉预应力筋:张拉时混凝土强度不低于设计强度的75%,张拉控制应力为钢绞线标准强度值的70%,在施工过程中分次、分批张拉,边张拉边卸除原力筋,控制张拉应力,量测伸长值,计算实测伸长值ΔL1,张拉完毕后对张拉锚固区进行保护。⑤中柱的拆除:先保留柱子角筋以及每侧一根纵筋的前提下逐步对称地减小柱子横截面,逐根对称地切断柱子每侧所剩的纵筋后切断四根角筋,最后清除柱中所剩的混凝土和钢筋。
4施工监测
本预应力改造工程为确保结构受力体系转换过程中的绝对安全,并达到设计要求的改造效果,必须密切监测施工过程中的结构变形。
①预应力张拉控制力的监控,采用油表和传感器同步控制;②经纬仪监测梁的位移,在欲拆除的中柱边200mm处的梁上设置测点,在张拉控制应力至20%、40%、60%、70%、80%、90%、100%时的测点位置,确保梁的位移始终小于10mm。
监测结果表明:预应力张拉时有微小反拱,抽掉中柱后有微小下沉,均在允许范围之内。
5结束语
该工程已投入使用三年时间,至今未见明显异常,证明体外预应力技术在托梁抽柱的结构改造中是成功的,在常规改造方法无法满足施工要求时,体外预应力技术成为了一种可靠、有效且经济的方法。