某大型梁板结构的加固与静载试验.doc

某大型梁板结构的加固与静载试验摘 要：本文通过对大跨度梁板结构加固处理的理论计算及加固后的静载试验，探讨了大跨度梁板结构采用无粘结体外预应力钢绞线技术加固处理的计算方法及该方法的可靠性。其中理论计算包括不考虑和考虑预应力损失两种情况下的计算。静载试验的主要内容是测定对象构件的挠度、裂缝宽度以及受拉主筋的最大应变。关键词：加固；体外预应力；钢绞线；静载试验1 概述某在建工程，建筑面积约20000m2，三层框架结构，抗震设防烈度为7度，抗震等级为二级，底层和负一层为大型超市，原设计活载为3.5kN/m2。因使用功能的改变，作为超市的底层和负一层局部活载增至10kN/m2、8kN/m2、6.5kN/m2。局部框架荷载布置见图1。经过分析计算，梁、板抗弯能力普遍不足，尤其是梁支座处正截面（控制截面）在新增加荷载情况下抗弯能力有很大不足。由于框架与楼板已经浇筑完工，结构上无法重新设计，只能进行加固处理。经甲方要求，加固施工完成后需对加固效果进行评定，因此对该加固工程进行了静载试验。2 结构验算对B轴框架梁进行计算，梁的截面为300900mm2，支座处负筋配筋面积为2030mm2，弯矩设计值为526kNm。按五跨连续梁的内力系数计算内力。将该梁附近两板B1、B2上实际增加的活载折算成线荷载加至（B/34）梁上，并考虑活载分项系数1.4，以及梁支座处的弯矩系数-0.105，实际增加弯矩设计值M=-272.47 kNm。占原设计弯矩的51.8%之多，必须进行加固。3 加固方案31加固方法若采用碳纤维布加固，考虑到框架结构跨度较大，经估算需要粘贴5层才能满足抗弯差值要求，而根据施工经验，粘贴2层以上对结构抗力无明显提高。若采用粘钢技术进行加固则会使施工工期加长，考虑到经济因素，也决定放弃。且施工环境包含地下室，空气相对湿度较大，不宜采用有粘结加固技术。考虑实际情况与经济、环境等因素决定采用无粘结预应力钢绞线技术进行梁、板加固，具体布置如图2所示。32 加固作用采用无粘结预应力钢绞线加固，对梁、板的整体结构性能均有较大改善。加固所产生的加固力是一个自平衡力系，对原结构而言则是反向荷载作用，不仅能平衡原结构上的外荷载，同时也改善了梁、板自身的结构性能，如预应力能产生反拱效应并且具有良好的裂缝闭合作用。加固不仅提高了梁、板正截面抗弯能力，尤其对梁支座附近斜截面抗剪能力有很大的提高。图1.局部框架荷载平面布置图图2.梁、板钢绞线布置方案及计算简图3.3 加固材料钢绞线采用1860级无粘结PE型，锚具采用VM15-1型。3.4 构造措施支撑垫板与梁（板）内主筋焊接生根，垫板尺寸为300x100x15，垫板上焊接18光圆钢筋，长300mm，以保护钢绞线套管在支撑处不破损，并减小张拉时的摩阻力，同时也能提高垫板的刚度。4 加固设计加固设计的主要内容是确定预应力钢绞线的用量以及张拉控制应力系数，通过实际需要的抵抗弯矩值与原设计弯矩值之间的差值来确定。计算模型为五跨连续梁(板)正截面抗弯计算模型，选取B/34轴梁跨进行计算，梁的截面为300900mm2，计算长度近似取为8.9m。板厚为160mm，选取活载标准值为10kN/m2的B1及B2（见图1）进行计算。梁、板计算简图见图2。以下仅对梁进行计算，板的计算与梁类似。4.1 钢绞线张拉力理论值T的计算：4.1.1 不考虑预应力损失的计算加固力在梁支座处所产生的抵抗弯矩控制值为：Msu=HbVh；式中 Msu加固力在梁支座处所产生的抵抗弯矩控制值；H加固力在垫板处的水平分力，H=T(1cos250)；V加固力在垫板处的竖向分力,V=Tsin250；b、h垫板到支座的水平距离、梁截面的高度则，Msu=1650T,由M=Msu得 T=166kN.钢绞线布置2根,梁单根钢绞线理论计算张拉力为Tc1=83kN，con=597N/mm2。4.1.2 考虑预应力损失应增加的张拉力计算 张拉端锚具变形及钢绞线回缩变形引起的预应力损失L1及相应的张拉力损失值T1。L1=Es/LT1=L1Asp；式中 锚具变形和钢绞线回缩值，按规范取=5mm； L钢绞线的有效长度，即梁支座处两个锚固点之间钢绞线实际总长，取L=9500mm； Es钢绞线的弹性模量，按规范取Es=180kN/m2;Asp钢绞线的截面积，Asp=140mm2则，L1=95N/mm2，T1=13.3kN。 钢绞线在预应力转向垫板以及支撑转角处的摩擦损失L2及相应的张拉力损失值T2。L2=ncon() T12=L2Asp；式中 n支撑点的个数，本文中n=4；con张拉控制应力，con=597N/mm2;无粘结预应力钢绞线在支撑转折点处接触时的摩擦系数，取=0.2；支撑点处钢绞线的转折角，按弧度计算，=250=0.436（弧度）；则，L2=208N/mm2，T2=28.9kN。 预应力钢绞线的应力松弛损失L4及相应的张拉损失值T4对于钢绞线，当con/fptk0.5时T4=0。本文中，con/fptk=779/1860=0.4180.5故，T4=0。4.2 实际所需要的单根钢绞线张拉力Tc=Tc1+L1L2L4，Tc=83+13.3+28.90=125.2KN。根据计算结果每束选用一根钢绞线，每根梁两束，交叉布置。5 静载试验加固施工中,单根钢绞线的实际张拉力取140KN,用以抵消锚固和支撑位置布置时的偏差以及其它施工偏差所带来的不利影响。为评定加固效果,对该加固工程进行了静载试验。 最大加载总荷载为600kN,加载范围为B1、B2两板所组成的区域。试验的主要内容如下:（1） 观测B轴梁跨中，AB跨板跨中的最大挠度，挠度观测采用百分表，AB跨板跨中试验荷载下的挠度等于跨中实测位移减去两端梁实测位移的平均值。（2） B轴主梁跨中受拉主筋的最大应变，在钢筋上粘贴应变片，通过电阻应变仪读数。（3） 裂缝宽度，裂缝观测采用放大镜读数显微镜。试验共分6级进行加载，记录每级荷载下百分表读数、电阻应变仪读数和开裂情况。B轴梁试验荷载-挠度实测曲线见图3,BC跨板试验荷载-跨中最大挠度实测曲线见图4，B轴梁试验荷载-主筋应变实测曲线见图4。A、C轴梁实测跨中最大挠度均小于B轴梁，分析时可以不必考虑。对B轴梁跨中最大弯矩截面的纵向拉应变，采用电阻应变仪进行应变增量检测，在最大使用荷载时的拉应变增量为13410-6，相应的应力增量26.8Mpa。由图5实测曲线基本为线弹性可推测出自重荷载应力为11.4Mpa。主筋总应力为38.2 Mpa，远没有达到其屈服应力。图3. B轴梁试验荷载-挠度实测曲线图4. B轴梁试验荷载-主筋应变实测曲线静载试验结果表明，在使用荷载作用下，试验楼板满足规范规定的挠度和抗裂限制要求，梁受拉主筋也没有达到屈服。据此，可以说明加固后梁和板的结构性能满足正常使用要求，可以认为该加固设计是成功的。6 结语 钢绞线材料的强度高、柔韧性好,对梁板类构件的加固,易形成各种较好的布筋方案,从整体上改善构件的结构性能。尤其适用于跨度较大的多跨连续梁、板的整体加固。 无粘结预应力钢绞线较之碳纤维布以及粘钢具有更大的适应范围,例如在一些相对湿度较大、混凝土新浇以及荷载过大等施工环境中采用钢绞线进行加固具有明显的优势。 无粘结预应力钢绞线技术加固施工较其它加固施工并不具有