洪衛(wèi)騰

摘要：木結(jié)構(gòu)大跨徑通過采用體外張拉技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際施工過程中，為了更好的確保木結(jié)構(gòu)張拉的施工質(zhì)量，筆者結(jié)合近年來參與木結(jié)構(gòu)大跨徑體外張拉施工及試驗(yàn)等方面積累的經(jīng)驗(yàn)，較為詳細(xì)的對木結(jié)構(gòu)體外張拉試驗(yàn)進(jìn)行闡述，為類似木結(jié)構(gòu)大跨體外張拉的施工實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：木結(jié)構(gòu)；體外張拉；施工技術(shù)；試驗(yàn)研探

1 概述

有關(guān)建筑工程木結(jié)構(gòu)施工技術(shù)中，結(jié)合參建的某木結(jié)構(gòu)建筑主受力大跨度8.5m木梁結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)選型時，擬采用兩根松柏木結(jié)合一起進(jìn)行使用，根據(jù)該段主結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，計(jì)算出該段木梁結(jié)構(gòu)的最大撓度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工裝主要結(jié)構(gòu)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(lǐng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過思考，如果要讓主木梁的最大撓度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，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(jié)構(gòu)使用空間造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。

怎么能夠及時解決本次建筑工程木結(jié)構(gòu)主木梁跨度過大、撓度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的這類難題，筆者和團(tuán)隊(duì)一起大膽設(shè)想，擬采用參照混凝土體外預(yù)應(yīng)力的思路，提出在主木梁體外亦考慮加設(shè)足夠的預(yù)應(yīng)力，充分發(fā)揮木結(jié)構(gòu)本身的受壓性能，使得木結(jié)構(gòu)的拉壓性能都能充分利用起來，特別是通過施加體外預(yù)應(yīng)力，使得木結(jié)構(gòu)克服自身客觀的受拉能力不足的短板，達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的局面。通過初步設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)決定先根據(jù)施工實(shí)際，模擬受力情況，按照縮小一定比例的實(shí)體模型進(jìn)行試驗(yàn)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證該種技術(shù)的可能性及相關(guān)數(shù)據(jù)，再進(jìn)行總結(jié)應(yīng)用到實(shí)際施工中。

2 試驗(yàn)研探

2.1 試驗(yàn)總體設(shè)計(jì)

本次體外預(yù)應(yīng)力施加試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)主要材料包括，主大梁材料采用松木，共計(jì)2根，對其具體結(jié)構(gòu)尺寸按照事先編制的試驗(yàn)方案進(jìn)行量測記錄；體外施加的預(yù)應(yīng)力筋是根據(jù)木結(jié)構(gòu)能夠承受的壓力進(jìn)行計(jì)算，核實(shí)數(shù)量并對稱安放；先連接兩根一組的板材，設(shè)定多組對比組，根據(jù)組別再分別布設(shè)預(yù)應(yīng)力筋，逐級施加荷載，經(jīng)過記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并及時進(jìn)行分析，得出相關(guān)數(shù)據(jù)及改進(jìn)意見，直至完成所有必需數(shù)據(jù)的收集及驗(yàn)證，達(dá)到試驗(yàn)的目的。

2.2具體步驟及要求

（1）試驗(yàn)設(shè)備儀器要求

試驗(yàn)主要采用多分點(diǎn)及多級均勻加載的方法進(jìn)行試驗(yàn)，主要采用的儀器設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)備裝置。

（2）具體措施

試驗(yàn)過程中，在各次施加荷載過程中，應(yīng)持荷時間達(dá)到一定時長，確保在試驗(yàn)過程中，木梁結(jié)構(gòu)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(guān)預(yù)先設(shè)置的裝置進(jìn)行收集、記錄并整理。加載過程中，應(yīng)至少安排4人各司其職，其中總負(fù)責(zé)1人，統(tǒng)籌試驗(yàn)，其他3人分別進(jìn)行施加荷載、數(shù)據(jù)記錄以及試驗(yàn)現(xiàn)場的其他情況的及時解決等。試驗(yàn)過程中，加強(qiáng)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(jìn)行試驗(yàn)加載。

2.3數(shù)據(jù)結(jié)果分析

（1）試驗(yàn)?zāi)静男阅芊治?/p>

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

（2）大跨木結(jié)構(gòu)撓度分析

試驗(yàn)過程中，根據(jù)木結(jié)構(gòu)的物理性能情況，采用多點(diǎn)分的施加荷載的方法。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉過程中，嚴(yán)格按照事先計(jì)算好的各工況需施加的荷載進(jìn)行預(yù)應(yīng)力分級加荷載，分別根據(jù)試驗(yàn)步驟進(jìn)行木結(jié)構(gòu)在施加荷載及施加預(yù)應(yīng)力的雙重情況下，確定預(yù)應(yīng)力施加的最佳荷載值及可允許的撓度范圍內(nèi)的最經(jīng)濟(jì)方式。通過試驗(yàn)對比，設(shè)置了體外預(yù)應(yīng)力的木梁結(jié)構(gòu)其剛度有著明顯的提高，其在超荷載運(yùn)營下其失效情況等同于普通木梁受超荷情況。

在試驗(yàn)過程中，相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示在不同工況情況下，實(shí)際記錄的撓度值與設(shè)計(jì)計(jì)算的撓度值誤差在規(guī)范范圍內(nèi)。同時，在預(yù)應(yīng)力筋選取上，普通鋼筋所達(dá)到的效果是最優(yōu)的，能夠滿足設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)要求，且張拉力的實(shí)現(xiàn)無需借助預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備，僅需要工地上常用扳手對預(yù)應(yīng)力進(jìn)行張拉錨固作業(yè)即可，極大的節(jié)省了常規(guī)體外木結(jié)構(gòu)張拉所需的專用張拉設(shè)備，同時也降低了成本。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在預(yù)應(yīng)力筋布設(shè)方面，預(yù)應(yīng)力筋的布設(shè)方式導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力及撓度不同，導(dǎo)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(yàn)中設(shè)置成折線線形的預(yù)應(yīng)力筋的優(yōu)勢所在。在進(jìn)行大跨度木梁張拉試驗(yàn)驗(yàn)證過程中，木結(jié)構(gòu)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(chǎn)生的彎矩，另一部分是由于兩端施加的預(yù)應(yīng)力筋出現(xiàn)的壓力繼而產(chǎn)生的彎矩。在理論計(jì)算模型中，兩者應(yīng)是統(tǒng)一的，在實(shí)際試驗(yàn)過程中也驗(yàn)證了理論。

在實(shí)際的建筑木結(jié)構(gòu)工程中存在著許多大跨徑木結(jié)構(gòu)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(jìn)行處理，擬定一定等比例的實(shí)體木結(jié)構(gòu)大跨梁模型，按照體外預(yù)應(yīng)力施加荷載進(jìn)行張拉，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，其與等同截面的木結(jié)構(gòu)相比較，設(shè)置預(yù)應(yīng)力的木結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的抗壓性能，通過預(yù)應(yīng)力筋把木結(jié)構(gòu)的抗壓性能轉(zhuǎn)變成抗拉性能，從而使得木結(jié)構(gòu)梁的抗拉性能進(jìn)一步的提高，使得木結(jié)構(gòu)在相同荷載作用下，其撓度達(dá)到設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定值。

3 結(jié)語

結(jié)合筆者及團(tuán)隊(duì)此次試驗(yàn)的結(jié)果來看，通過在大跨度木結(jié)構(gòu)上施加體外預(yù)應(yīng)力筋技術(shù)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(shù)手段可以多快好省的解決類似建筑木結(jié)構(gòu)撓度過大問題。對于古代木結(jié)構(gòu)建筑的加固維護(hù)及保證其正常運(yùn)營提供了技術(shù)支持。同時，也為廣大從事建筑工程大跨度木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展起到拋磚引玉的作用。

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