關于木結構體外張拉施工技術的試驗研探及其應用

洪衛(wèi)騰

摘要：木結構大跨徑通過采用體外張拉技術得以實現(xiàn)，在實際施工過程中，為了更好的確保木結構張拉的施工質量，筆者結合近年來參與木結構大跨徑體外張拉施工及試驗等方面積累的經(jīng)驗，較為詳細的對木結構體外張拉試驗進行闡述，為類似木結構大跨體外張拉的施工實踐提供參考。

關鍵詞：木結構；體外張拉；施工技術；試驗研探

1 概述

有關建筑工程木結構施工技術中，結合參建的某木結構建筑主受力大跨度8.5m木梁結構，在結構選型時，擬采用兩根松柏木結合一起進行使用，根據(jù)該段主結構受力計算，計算出該段木梁結構的最大撓度遠遠大于工裝主要結構要求的撓度，無法滿足使用要求，并給工程造成較大的損失。根據(jù)筆者帶領團隊經(jīng)過思考，如果要讓主木梁的最大撓度控制在標準范圍之內，一種辦法就是加大主木梁兩根木頭的橫向截面積，另一種辦法是通過增加支撐柱承受主木梁傳遞的豎向荷載，但是這兩種辦法都將極大的增加成本投入，同時對建筑結構使用空間造成不可逆轉的影響。

怎么能夠及時解決本次建筑工程木結構主木梁跨度過大、撓度達不到標準要求的這類難題，筆者和團隊一起大膽設想，擬采用參照混凝土體外預應力的思路，提出在主木梁體外亦考慮加設足夠的預應力，充分發(fā)揮木結構本身的受壓性能，使得木結構的拉壓性能都能充分利用起來，特別是通過施加體外預應力，使得木結構克服自身客觀的受拉能力不足的短板，達到優(yōu)勢互補的局面。通過初步設計，團隊決定先根據(jù)施工實際，模擬受力情況，按照縮小一定比例的實體模型進行試驗，通過試驗驗證該種技術的可能性及相關數(shù)據(jù)，再進行總結應用到實際施工中。

2 試驗研探

2.1 試驗總體設計

本次體外預應力施加試驗所采用的試驗主要材料包括，主大梁材料采用松木，共計2根，對其具體結構尺寸按照事先編制的試驗方案進行量測記錄；體外施加的預應力筋是根據(jù)木結構能夠承受的壓力進行計算，核實數(shù)量并對稱安放；先連接兩根一組的板材，設定多組對比組，根據(jù)組別再分別布設預應力筋，逐級施加荷載，經(jīng)過記錄相關數(shù)據(jù)，并及時進行分析，得出相關數(shù)據(jù)及改進意見，直至完成所有必需數(shù)據(jù)的收集及驗證，達到試驗的目的。

2.2具體步驟及要求

（1）試驗設備儀器要求

試驗主要采用多分點及多級均勻加載的方法進行試驗，主要采用的儀器設備有施加主動荷載的小型液壓千斤頂、測量荷載的裝置如力感器，測量木梁結構撓度的百分表、為確保荷載逐級加載均勻的荷載分配梁以及其他儀器等設備裝置。

（2）具體措施

試驗過程中，在各次施加荷載過程中，應持荷時間達到一定時長，確保在試驗過程中，木梁結構及鋼絞線等主受力材料在加載過程中的各種情況及時被記錄下來，通過相關預先設置的裝置進行收集、記錄并整理。加載過程中，應至少安排4人各司其職，其中總負責1人，統(tǒng)籌試驗，其他3人分別進行施加荷載、數(shù)據(jù)記錄以及試驗現(xiàn)場的其他情況的及時解決等。試驗過程中，加強數(shù)據(jù)觀察和量測，發(fā)現(xiàn)異常立即停止，待找出原因并解決后方可繼續(xù)進行試驗加載。

2.3數(shù)據(jù)結果分析

（1）試驗木材性能分析

在試驗過程中，通過數(shù)據(jù)分析，能夠及時對主木梁的材料力學性能進行分析復核。主要包括木結構物本身的含水量情況，實際彈性模量情況，抵抗彎曲的能力度等物理性能指標的測定及復核，這樣就能更好更準確的獲得相同材質木主梁的各種物理性能指標，為大跨木結構的實際施工積累可靠地經(jīng)驗。

（2）大跨木結構撓度分析

試驗過程中，根據(jù)木結構的物理性能情況，采用多點分的施加荷載的方法。在進行預應力筋張拉過程中，嚴格按照事先計算好的各工況需施加的荷載進行預應力分級加荷載，分別根據(jù)試驗步驟進行木結構在施加荷載及施加預應力的雙重情況下，確定預應力施加的最佳荷載值及可允許的撓度范圍內的最經(jīng)濟方式。通過試驗對比，設置了體外預應力的木梁結構其剛度有著明顯的提高，其在超荷載運營下其失效情況等同于普通木梁受超荷情況。

在試驗過程中，相關的數(shù)據(jù)顯示在不同工況情況下，實際記錄的撓度值與設計計算的撓度值誤差在規(guī)范范圍內。同時，在預應力筋選取上，普通鋼筋所達到的效果是最優(yōu)的，能夠滿足設計及標準要求，且張拉力的實現(xiàn)無需借助預應力張拉設備，僅需要工地上常用扳手對預應力進行張拉錨固作業(yè)即可，極大的節(jié)省了常規(guī)體外木結構張拉所需的專用張拉設備，同時也降低了成本。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)表明，在預應力筋布設方面，預應力筋的布設方式導致的預應力及撓度不同，導致采用二次拋物線形與折線線形的相差1倍以上，充分證明試驗中設置成折線線形的預應力筋的優(yōu)勢所在。在進行大跨度木梁張拉試驗驗證過程中，木結構梁在外荷載作用的情況下出現(xiàn)彎曲變形，一部分是由于豎向荷載產生的彎矩，另一部分是由于兩端施加的預應力筋出現(xiàn)的壓力繼而產生的彎矩。在理論計算模型中，兩者應是統(tǒng)一的，在實際試驗過程中也驗證了理論。

在實際的建筑木結構工程中存在著許多大跨徑木結構梁的剛度及其承載力滿足不了需求等情況。為了更好地針對上述問題進行處理，擬定一定等比例的實體木結構大跨梁模型，按照體外預應力施加荷載進行張拉，試驗數(shù)據(jù)表明，其與等同截面的木結構相比較，設置預應力的木結構其在承載能力上和剛度上都有很大的提高，巧妙發(fā)揮出木結構的抗壓性能，通過預應力筋把木結構的抗壓性能轉變成抗拉性能，從而使得木結構梁的抗拉性能進一步的提高，使得木結構在相同荷載作用下，其撓度達到設計及標準規(guī)范規(guī)定值。

3 結語

結合筆者及團隊此次試驗的結果來看，通過在大跨度木結構上施加體外預應力筋技術能夠有效的解決大跨度梁因其客觀條件限制在無法增大其橫向截面面積以及通過增加支撐的情況下的撓度過大問題。根據(jù)這種施工技術手段可以多快好省的解決類似建筑木結構撓度過大問題。對于古代木結構建筑的加固維護及保證其正常運營提供了技術支持。同時，也為廣大從事建筑工程大跨度木結構設計、施工及研究的人員提供一種新思路，期望為今后的大跨度木結構的創(chuàng)新發(fā)展起到拋磚引玉的作用。

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