摘要:預(yù)應(yīng)力技術(shù)作為一種重要的加固技術(shù)，可以顯著提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，尤其是可以滿足高層乃至超高層建筑結(jié)構(gòu)承載需求，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。本文以預(yù)應(yīng)力技術(shù)為研究對(duì)象，著重探究了其在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用，以期為新時(shí)期建筑工程的加固作業(yè)提供參考。
關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);預(yù)應(yīng)力
隨著建筑行業(yè)的發(fā)展建筑物高度越來越高，規(guī)模也越來越大，這對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性更是提出了更高的要求。傳統(tǒng)的加固技術(shù)已經(jīng)無法滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)需求，必須要采取合理的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。當(dāng)前隨著高層建筑的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力技術(shù)得到了廣泛推廣和應(yīng)用，所以對(duì)該施工技術(shù)進(jìn)行探究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的及發(fā)展研究
1．1預(yù)應(yīng)力混凝土張拉錨固技術(shù)
自上世紀(jì)六十年代開始，我國(guó)首次研發(fā)并在建筑工程中應(yīng)用了多種中低強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋張拉錨固技術(shù)，具體主要包括弗式錨體系、JM錨體系、高強(qiáng)鋼絲敏頭錨體系和螺絲端錨體系等。而在發(fā)展到上世紀(jì)七十年代中期后，我國(guó)初次編制了預(yù)應(yīng)力混凝土錨夾具的常用定型圖冊(cè)，這為當(dāng)時(shí)的建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了良好的條件。而在發(fā)展到上世紀(jì)八十年代中期之后，在借鑒國(guó)外的一些先進(jìn)技術(shù)和工藝的基礎(chǔ)上，我國(guó)技術(shù)人員順利地研發(fā)了預(yù)應(yīng)力混凝土鋼絞線群張拉錨固體系，其有效地解決了預(yù)應(yīng)力混凝土施工過程中所涉及到的各種關(guān)鍵技術(shù)，尤其是此時(shí)我國(guó)所用的大噸位預(yù)應(yīng)力混凝土錨具及其他配套的張拉設(shè)備均已經(jīng)和國(guó)際發(fā)展保持一致。
1．2無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土成套技術(shù)
在上世紀(jì)八十年代中后期，我國(guó)的建筑施工技術(shù)得到了快速發(fā)展，此時(shí)開發(fā)研制了一系列預(yù)應(yīng)力混凝土施工配套技術(shù)，具體包括單根鋼絞線張拉錨固設(shè)備、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土筋涂包設(shè)備和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程等，這極大地促進(jìn)了現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑工程中的推廣和應(yīng)用。特別是在最近的二十年內(nèi)，該預(yù)應(yīng)力混凝土成套技術(shù)所涉及的推廣面積已經(jīng)高達(dá)一千萬平方米以上，促使我國(guó)一大批建筑工程項(xiàng)目已經(jīng)可以達(dá)到國(guó)際的先進(jìn)水平。
1．3斜拉索產(chǎn)品成套技術(shù)
自上世紀(jì)八十年代中期開始，隨著大跨度結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋梁結(jié)構(gòu)的興起，為了促使我國(guó)建筑技術(shù)水平持續(xù)提升，我國(guó)線纜廠家開始和國(guó)內(nèi)多家科研設(shè)計(jì)單位進(jìn)行有效配合，同時(shí)此時(shí)也建成了我國(guó)當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的斜拉式橋線纜索成品生產(chǎn)線，也提升了我國(guó)斜拉橋技術(shù)水平。
1．4設(shè)計(jì)理論及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的發(fā)展
在我國(guó)早期的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展過程中，最初的設(shè)計(jì)理論主要是按照全預(yù)應(yīng)力方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。特別是自上世紀(jì)八十年代之后，我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)方面的理論得到了快速發(fā)展，同時(shí)也是其配套的工程規(guī)范得到了廣泛推廣和應(yīng)用，具體的施工材料主要包括鋼絞線標(biāo)準(zhǔn);無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋標(biāo)準(zhǔn);預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲標(biāo)準(zhǔn);預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋錨具和夾具;預(yù)應(yīng)力連接器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)以及相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程;有關(guān)預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)備及配套的施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;有關(guān)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范等。
2預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)在加固施工中的應(yīng)用
在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的正截面在承受抗彎承載力的時(shí)候，如果相應(yīng)的承載力不滿足施工要求，那么此時(shí)可以運(yùn)用黏貼鋼板或者碳纖維片材等方法來進(jìn)行加固處理。但是在進(jìn)行加固施工構(gòu)件的時(shí)候，其本身已經(jīng)存在一定內(nèi)力，此時(shí)如果相應(yīng)的內(nèi)力數(shù)值比較大，在建筑構(gòu)件達(dá)到其極限承載力的時(shí)候，相應(yīng)的鋼板或者碳纖維等加固縱筋應(yīng)力和應(yīng)變均比較小，此時(shí)加固縱筋無法充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。通常而言，在加固建筑工程構(gòu)件的過程中，要先卸載工程結(jié)構(gòu)部件，盡量降低其初始應(yīng)力值，但是恒載的卸載難度比較大，此時(shí)如果臨時(shí)施加應(yīng)力，會(huì)影響建筑工程施工的作業(yè)面，甚至可能影響施工的順利開展。比如，針對(duì)那些建筑物上部存在幾層梁的加固施工而言，一般需要自第一層開始就需要增設(shè)臨時(shí)支撐，此時(shí)在加固上部建筑某層梁的時(shí)候，下部各層建筑梁也無法順利投入使用，相應(yīng)的施工費(fèi)用也會(huì)比較高。實(shí)際上，建筑結(jié)構(gòu)卸載的根本目的在于減少盡量減小加固施工過程中相應(yīng)混凝土的初始應(yīng)變值�；诖�，此時(shí)建筑企業(yè)施工人員可以對(duì)相應(yīng)的建筑構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，盡量減少構(gòu)件在初始彎矩作用下所產(chǎn)生的拉/壓應(yīng)變，以逐步提高建筑構(gòu)件達(dá)到極限承載力狀態(tài)時(shí)的鋼筋應(yīng)力和應(yīng)變?cè)隽�，從而充分發(fā)揮加固鋼筋在提升建筑構(gòu)件承載力方面的積極作用。
3預(yù)應(yīng)力技術(shù)在碳纖維片材加固鋼筋砼受彎構(gòu)件中的應(yīng)用
碳纖維作為一種重要的材料，具有比較高的強(qiáng)度，并且實(shí)際的施工工藝也比較簡(jiǎn)單，所以通過在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件上進(jìn)行粘貼碳纖維片材的方法可以起到很好地加固作用，并且該種加工施工工藝已經(jīng)得到了廣泛推廣和應(yīng)用。但是在加固相應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)之前，其基本上已經(jīng)存在初始應(yīng)力，并且伴隨著初始的壓/壓應(yīng)變。而當(dāng)受壓區(qū)部位的混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到其極限壓應(yīng)變承載力值的時(shí)候，相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)基本上達(dá)到了其極限承載力，所以從最初加固混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件開始到其達(dá)到極限承載力這個(gè)過程，混凝土應(yīng)變?cè)隽恐苯雨P(guān)乎碳纖維片材的最終應(yīng)力值。如果初始的應(yīng)變值比較大，那么相應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在發(fā)生破壞的時(shí)候，相應(yīng)的碳纖維片材應(yīng)力值也相對(duì)較小，此時(shí)無法充分發(fā)揮其高強(qiáng)度，此時(shí)可以在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上粘貼高強(qiáng)度碳纖維片材的時(shí)候，先對(duì)該施工材料施加預(yù)應(yīng)力，以便為其提供初始的拉應(yīng)力值，從而在建筑混凝土結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)破壞時(shí)全面提高碳纖維片材的應(yīng)力，充分發(fā)揮其在加固預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土方面的積極作用。
4預(yù)應(yīng)力技術(shù)在鋼筋混凝土多跨連續(xù)梁加固中的應(yīng)用
通常而言，兩跨以上數(shù)目跨度的多跨連續(xù)梁可以劃分成正彎矩區(qū)(跨中部位)和負(fù)彎矩區(qū)(支座部位附近)。如果梁的抗剪和抗彎承載力值不滿足施工要求，那么需要對(duì)其進(jìn)行加固處理操作，此時(shí)如果多跨梁跨中部位正彎矩區(qū)的抗彎承載力不滿足施工要求，那么此時(shí)可以采用黏貼鋼板或者碳纖維等方法來進(jìn)行加固處理，該種加固施工方法比較簡(jiǎn)便。而如果多跨梁支座部位的負(fù)彎矩區(qū)域的抗彎承載力不滿足承載力要求，那么一般加固法均不太理想，這主要是由于無法有效地解決縱筋錨固的問題。雖然有些設(shè)計(jì)人員通過增加梁下截面的面積來達(dá)到提高梁承載力的目的，但是這樣不僅影響了建筑結(jié)構(gòu)自身的使用功能，同時(shí)也增加了結(jié)構(gòu)自身的重量，但是該種加固法在某些施工條件下不滿足施工的要求，所以需要根據(jù)實(shí)際的施工情況來進(jìn)行合理選擇，以確保其施工的整體質(zhì)量。在梁抗剪承載力不滿足設(shè)計(jì)要求的過程中，也不太適合采用加固處理的方法，尤其是在整澆樓蓋或者采用T形截面梁的過程中，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究來探究其加固的效果。通常而言采用碳纖維片材料或者粘貼U型鋼板等方法可以在一定程度上提高其相應(yīng)的抗剪承載力，但是U型加固鋼筋的錨固卻存在許多不利問題。在建筑構(gòu)件即承受軸力和彎矩作用的狀態(tài)下，隨著軸向壓力數(shù)值的不斷增加(在合適范圍內(nèi))，相應(yīng)梁體的正截面承載力和斜截面承載力二者的數(shù)值也均會(huì)有所提升。此時(shí)我們可以對(duì)梁體實(shí)施增加預(yù)應(yīng)力的方法，借助增加建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件軸向壓力來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，該預(yù)應(yīng)力的增加主要通過體外預(yù)應(yīng)力方式來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。而就體外預(yù)應(yīng)力加固施工的具體步驟而言，其具有簡(jiǎn)單易行等優(yōu)點(diǎn)，具體實(shí)施流程主要包括以下幾個(gè)主要環(huán)節(jié):
(1)要加工制作錨固節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)，均采用鋼管和鋼板二者滿焊的焊接方式來確保焊接的質(zhì)量，同時(shí)要做好焊接部位的防銹處理工作;
(2)在梁體上合適的部位處進(jìn)行開孔，并要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)安裝操作。但是在開孔之前，必須要探明鋼筋所在位置，不可對(duì)梁內(nèi)已有鋼筋造成損壞，同時(shí)需要做好錨固節(jié)點(diǎn)安裝部位處鋼筋和結(jié)構(gòu)連接界面的清潔工作;
(3)預(yù)應(yīng)力筋穿束和張拉施工，但是在安裝的時(shí)候，需要將4根鋼筋整體穿入保護(hù)管套，并要采用無縫鋼管來進(jìn)行，同時(shí)張拉過程中要保持左右對(duì)稱張拉方式;
(4)灌漿操作。在預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，要嚴(yán)格按照規(guī)定的要求來灌入施工混凝土，并要做好相應(yīng)的封端工作，確保處理的質(zhì)量。此外，在實(shí)際的建筑工程中，梁體下部所設(shè)置的縱向鋼筋大都會(huì)深入支座內(nèi)部，并且在支座負(fù)彎矩區(qū)域內(nèi)，上下部分的實(shí)際鋼筋配備情況大都相差不大，即大都均是采用受壓構(gòu)件的對(duì)稱式配筋方式。但是跨中截面部位處下部的受拉鋼筋數(shù)量通常多余上部的受壓鋼筋數(shù)量，所以此時(shí)跨中截面部位和支座截面部位處會(huì)因軸力的作用而無法同時(shí)達(dá)到抗彎承載力的最大值。特別是在相應(yīng)梁體的軸力過大狀態(tài)下，其正截面所受承載力會(huì)進(jìn)一步降低，此時(shí)所施加的軸向力大小需要使得跨中部位梁截面和支座附近梁截面的承載力均滿足標(biāo)準(zhǔn)限制，或者通過適當(dāng)?shù)卦黾宇A(yù)應(yīng)力來使支座附近的承載力滿足承載力要求，而跨中截面部位處僅需要進(jìn)行簡(jiǎn)單地加固處理即可滿足承載力所規(guī)定的要求。
5預(yù)應(yīng)力技術(shù)在改變結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)中的應(yīng)用
通過在建筑結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)卦黾踊蛘邷p少一些桿件，那么就會(huì)對(duì)整體建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)造成影響，使其發(fā)生增強(qiáng)或者降低的改變。特別是在框架結(jié)構(gòu)中，通過增加適當(dāng)數(shù)量的斜腹桿，可以在使其承受水平荷載作用的同時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和增加斜腹桿之前的應(yīng)力狀態(tài)相比是完全不同的，而如果通過在斜腹桿部位處預(yù)先施加預(yù)應(yīng)力，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力也會(huì)隨之發(fā)生一些改變。實(shí)踐研究表明，將框架底層兩個(gè)中柱桿撤出之后，框架的整體內(nèi)力值會(huì)發(fā)生比較大的改變，具體表現(xiàn)在梁柱端部彎矩值出現(xiàn)了增加，并且某些桿體截面部位處的彎矩值方向也隨之發(fā)生了改變，所以抽柱之后的大部分構(gòu)件均需要進(jìn)行加固處理;但是如果在設(shè)置斜拉桿之后，又在相應(yīng)部位施加了預(yù)拉力，且確保相應(yīng)的框架彎矩圖與之前保持一致，那么在改造框架結(jié)構(gòu)的時(shí)候，可以采用該種方法來調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，以便達(dá)到加固的目的。此外，鑒于斜拉桿預(yù)拉力的大小會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力產(chǎn)生比較大的影響，所以主要需要考慮支座部位處的彎矩值，以便使其保持和抽柱之前內(nèi)力的一致性。
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