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体外索为什么要做成折线形,直接拉一条直线不行吗?
体外索做成折线,是在转向点给梁一个向上的竖向分力,并让索的偏心沿跨随外弯矩变化。直线索路径短、摩擦损失小,却只有锚固端的偏心弯矩,梁中间拿不到竖向分力。先摸清这根梁缺的是正截面抗弯、抗剪还是刚度:只缺正截面、抗剪有富余的可以谈直线;要补抗剪、要回顶跨中挠度、多跨连续梁要逐跨调内力的,用折线。BICP银泰建构做加固方案,先算原梁的实际承载余量,再定线形。
适用场景
导语
方案会上提直线索,理由通常是路短、摩擦小、损失低。这条成立,但它只是整笔账里的一项:摩擦损失要和温差作用、振动、锚固端局部压应力、结构整体稳定放在一起算。
适合哪些项目
判断折线值不值得做,先看原梁缺什么。按我们的经验,正截面受弯承载力要提高四成以上、又没法卸载的工程,预应力通常要作为主要比较路线之一;抗剪不足、箍筋又不好加密的,也归在这一类。加固区还要正常使用、不能停业的项目,体外索不用卸载,这一点往往比工序多少更要紧。
反过来,梁高太小、梁侧净空不够,转向块和锚固块摆不下,折线就做不成。索的自由段超过8m时,构造上要增设防振动装置,这段长度在方案阶段就得留出来。原梁混凝土强度偏低、局部承压验算过不去的,先把混凝土处理好,再谈张拉。
动手前要确认四件事:原梁混凝土的实际强度,回弹加钻芯;钢筋位置和保护层厚度,钻孔和植筋要绕开主筋;现状裂缝与钢筋锈蚀程度;防火要求。
线形怎么选
直线、双折线、多折线都属于体外束可选线形,选哪一种由受力定。翻弯矩图和剪力图能看出转向点该放哪:跨中弯矩和支座剪力都大的梁,转向点要落在剪力集中的区段,否则竖向分力用不上。多折线的转向块多数布在离梁端1/4到1/3跨度处;多跨连续梁可在中间支座再补锚固块。转向块处的弯折角一般控制在15°以内,角度再放大,钢绞线在鞍座上的偏斜拉伸、局部承压和摩擦都会恶化。
| 线形 | 适用工况 | 代价 |
|---|---|---|
| 直线 | 原梁抗剪富余够,只需补正截面承载力;梁内净空受限 | 只有端部偏心弯矩,梁中间拿不到竖向分力,调整内力能力有限 |
| 双折线 | 单跨或接近单跨,跨中下挠要控制回来,转向点不宜多 | 转向点少,摩擦损失相对小;竖向分力集中在少数位置 |
| 多折线 | 多跨连续梁,需要逐跨调整内力 | 转向块数量多,摩擦、局部承压和构造工作量都增加 |
折线比直线多出来的代价,主要是转向块和锚固块的制作安装,多跨连续梁还要分级对称张拉,节点加工和工序时间都会长一些。差多少取决于转向点数量和现场条件。
折点位置由计算定。北京金宝街5#地那块楼板,板中要增设23t喷泉,10m×8.8m、500mm厚的板底做十字交叉双层体外索,弯折点放在距板端1/3处,目的是产生足够大的竖向反力,同时不让弯折角过大。
折点落到梁上是几个钢节点
图纸上的折线到了梁上就变成几个钢节点,做不好整根索都白搭。转向块要同时做到四件事:把索力可靠传给混凝土、混凝土局部承压算得过、锚下栓体局部承压算得过、销栓本身有足够的抗弯抗剪和抗变形能力。梁顶双向交叉处的转向节点用圆弧曲面过渡,梁底钢托件与索的接触面同样做圆弧过渡并和梁底可靠连接,把接触面积做大、接触应力降下来,避免索在折点被折出死弯。钢绞线在折点一旦出现死弯,那根索基本就废了。
BICP银泰建构把转向块、锚固端和索体防护放在一起做:索体的防腐防火、锚具防松、钢件与混凝土的连接界面都落在同一个节点上。分开做、张拉完再补防火,这些位置常常补不到位。张拉端还要留出千斤顶的操作空间,多跨连续梁要能分级对称张拉。
我们做过的折线加固
中关村西区家乐福商场原来是商场,后来改成大型超市的理货区,活荷载标准值从3.5kN/㎡提到15kN/㎡。8.4m柱网、C40混凝土的双向多跨连续框架梁,两层各1600㎡,原梁按老荷载配筋,承载能力极限状态和正常使用极限状态都算不过。银泰建构在这个项目里用的是折线体外索:框架梁分别配6束和8束φs15.2、1860级高强低松弛钢绞线,张拉控制应力取930N/mm²,也就是0.5fptk,梁下折点和梁上支座折点都做钢节点过渡。
不用直线的原因很直接:双向多跨连续梁,支座和跨中都得照顾,直线索的偏心沿跨不变,照顾不到两头;活荷载翻了几倍,抗剪同样要补,而直线索在梁跨中部给不出竖向分力。张拉时跟踪跨中挠度和裂缝闭合,张拉力与伸长量双控,导向块定位偏差控制在5mm以内,用实测结果判断转向和受力是否符合预期。
参考依据
- 中关村西区家乐福商场结构加固:两层楼面的双向多跨连续框架梁选折线体外索,支座与跨中折点都以钢节点过渡。
- 北京金宝街5#地楼板加固:板底设十字交叉双层体外索,弯折点位置兼顾竖向反力大小与弯折角控制。
相关产品和资料
- 泰固 · 既有工业建筑改造:荷载提升、功能改变和结构损伤后的主动加固,锚固、转向与防腐防火成套考虑。
常见问题
Q1 加固为什么选体外索,不选粘钢或粘碳纤维?
体外索是主动加固,张拉后即受力,后加材料不滞后,这是它和粘钢、粘碳纤维的一个实际差别。具体到一根梁能不能用、能补多少,取决于原梁现状和缺的是抗弯还是抗剪。
下次方案会上再有人提直线索更省,可以先问一句:这根梁现在缺的是抗弯、抗剪还是刚度。这一条定了,线形才有得选。
