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300×900mm2，支座处负筋配筋面积为2030mm2，弯矩设计值为526kN·m。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/3~4）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 kN·m。占原设计弯矩的51.8%之多，必须进行加固。 3 加固方案 3．1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。 3．2 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/3~4轴梁跨进行计算，梁的截面为300×900mm2，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=H×b＋V×h； 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×(1－cos250),V=T×sin250； 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， σcon=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σL1及相应的张拉力损失值△T1。 σL1=αEs/L △T1=σL1Asp； 式中 α——锚具变形和钢绞线回缩值，按规范取α=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，σL1=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σL2及相应的张拉力损失值△T2。 σL2=n×σcon×(μ×θ) △T12=σL2Asp； 式中 n——支撑点的个数，本文中n=4； σcon——张拉控制应力，σcon=59