四川省建筑科学研究院 四川成都 610081
摘要：采用体外预应力吊索对待托换基础上方的柱实施卸载，考虑卸载过程中内力分布变化对结构的影响，简述了该工程设计方案及施工过程。
关键词：卸载；预应力；改造加固
Application of the prestressing unloading technique in foundation replacement
Song kejia
( Sichuan Institute of Building Research,Sichuan,Chengdu610081,China)
Abstract Unloading the column using prestressed cable before the foundation replacement , considering the impact of the internal force redistribution during the process of unloading, the project design and construction procedures are described.
Keywords Unloading,Prestress,Reconstruction and reinforcement
1 工程概况
本工程位于四川省德阳市，为地下2层，地上26层高层住宅，主楼为剪力墙结构，纯地下室部分为框架结构。主楼部分采用桩基或筏板基础，纯地下室部分采用独立基础或桩基础加抗水板。本工程纯地下室平面布置图如图1所示。
图2 基础重叠
Fig.2 Overlapping of foundations
2方案设计
2.1方案选择
一般的卸载方式是在柱周边架设多道型钢支撑，通过传力路径的转换实现卸载。预应力卸载法具有主动受力并可有效控制变形的特点，并且预应力卸载与架设支撑相比优势还在于不影响后续更换基础的工作面，因此经过方案比选后最终选用预应力卸载法对重叠基础进行托换。
2.2基本思路
一期主体结构完工后柱承担两层结构自重处于轴压受力状态，本方案通过在卸载柱上节点与上一层相邻柱上节点之间建立预应力张拉体系，对该柱主动施加拉力以抵消其压力，从而将柱应力控制在低应力状态，实现对柱的卸载。通过设置监测点位，在卸载过程中及时监测卸载点位移及柱应力的变化情况。预应力卸载体系如图3所示。
2.3计算分析
采用有限元软件对预应力卸载过程进行模拟的目的是：（1）验证卸载方案的可行性，确保张拉过程的安全；（2）为实际张拉值提供理论依据；（3）为张拉过程中变形及应变监测提供理论依据；（4）根据张拉力计算值设计吊索形式及张拉设备。通过估算可判断整个卸载过程中结构应力水平很低，计算分析时钢筋混凝土默认为弹性材料。
2.3.1建立模型
本工程采用MIDAS Gen软件进行预应力卸载计算分析，取局部结构建立模型，采用只受拉桁架单元模拟预应力吊索，模型透视图如图4所示。
在张拉阶段下，根据卸载目标将张拉有效力通过初拉力形式赋予单元。这里由于模型中张拉力直接作用于单元节点而实际中张拉力作用于型钢箍上，因此需将实际张拉有效力进行修正。
2.3.1卸载目标
计算分析的首要任务是根据结构实际受力情况确定卸载柱卸载前的轴从表1中可看出，在张拉和拆除阶段相邻柱轴力明显增大，柱1和柱2分别提高了72%和44%，因此设计时应对相邻柱及相邻基础进行复核。
在张拉和拆除阶段附加轴力使得相关梁的受力状态发生改变，由主要受弯构件变为压弯构件，对此应进行压弯承载力复核。
对梁的附加弯矩及剪力影响主要发生在张拉阶段，由张拉时卸载点向上的位移所产生，且靠近卸载点一端与初始弯矩及剪力叠加，其弯矩最大增幅为18%，剪力最大增幅为8%，对此应对梁进行抗弯及抗剪承载力复核。总之，设计时应对相关构件进行各个阶段工况内力包络验算。
2.3.4附加内力影响
卸载过程中对相邻梁柱产生的附加轴力一般不会造成其承载力不足，这是因为卸载工作一般是在恒载单独作用下进行的。同时可从表1中看出，这部分附加内力在托换工作完成后再次发生转移，使得相邻梁柱基本恢复到初始状态。
与上述附加内力不同，当为部分卸载时，柱断开时卸载点有较大的向下位移，其对梁产生的附加弯矩及剪力影响是显著的，并且不会随张拉力解除而消散。为说明其影响，本文对只卸掉80%荷载值的卸载过程进行了计算分析，结果表明部分卸载对相邻柱的轴力增量比完全卸载要小，但梁3左端弯矩终值增幅达57%，剪力终值增幅达23%。因此，选择部分卸载的方式应谨慎，必要时应对受附加内力影响较大的构件进行加固处理。
3施工及监测
3.1施工技术要求
3.1.1对卸载结构构件进行检查
在布置卸载吊索前，应对卸载结构构件做全面的检查，检查的内容应包括结构构件的几何尺寸，有无缺陷情况；特别是在需要安装卸载吊点的部位。必要时，应进行结构构件的混凝土强度，配筋情况，内部缺陷的复查。
3.1.2对布置吊索的线路进行复勘
吊索布置的线路除应满足卸载的要求外，还应该使线路的布置简洁，吊索的受力明确，线路的长度适当。同时吊索的线路布置也应尽量避免受其它的施工工作面影响。
3.1.3安装吊索的上、下吊点
本次卸载托换设计采用组合式吊点。安装吊点时，应注意并保证吊点力的作用线是在设计或方案规定的范围内。如果受结构本身以及周围环境的影响，吊索安装与原设计或方案有较大不同时，向设计提出处理意见，必要时须对结构受力重新验算。
3.1.4索体制作
本工程采用φs15.2钢绞线，下料长度应根据施工现场吊索布置线路的实际尺寸下料，同时应留足端头的加力操作长度，若单根长度不够，需要中间连接接长时，其连接接头必须牢固可靠，除接头的强度应能满足吊索力外，其锚固与滑移等接头变形量应在吊索力100％时即能完成。也可在索体接头制作完后对接头进行预拉。制作完成后的索体，应按其使用的部位，长度等进行标识，并分规格，分种类妥善堆放。
3.1.5索体安装
索体的安装可根据索体的类型，上下吊点的形式以及施工现场的条件采用下穿上拉法，即索体从下吊点穿出，沿布索线路穿入上吊点。
布索时，应根据制索标识对号入座，索体张拉端采用夹片锚，锚固端采用挤压锚。安装完索体，必须对索体进行临时锚固，张拉端夹片锚具进行临时锚固时，还应对锚具加装防滑脱装置，以防止夹片松脱而造成索体滑下造成安全事故，安装完成后，还应在索体的显眼处张贴或悬挂警示标志，以提醒他人注意。
3.1.6监测系统的布置与安装
现场采用位移计、高精度水准仪以及应变片对卸载托换过程进行监测。
3.1.7吊索力的施加（卸载）
吊索力的加力系统选择千斤顶液压系统，加力装置在安装使用前，必须认真检查装置的完好程度，装置的空载运行状况。在对吊索施加力时，必须遵照缓 慢，均匀，平稳，对称分级的原则，两台加力装置共同作用时，要互相呼应，分级同步进行。必要时，应对加力系统在较小荷载范围内进行预加力试验。
在对吊索加力前及加力过程中，应派专人巡视查看 吊索系统有无和其它物体、脚手架钢管等联系，碰撞，以及其它影响吊索加力的障碍。
3.2施工过程及监测
整个卸载施工流程为：安装吊索→张拉吊索→断开柱子→拆除独基→浇筑筏板及柱恢复→解除吊索。
3.2.1安装吊索
上下吊点均采用型钢制作成围套于梁柱节点形成约束，并且围套必须保证有足够强度及刚度，再将锚具固定在围套上，张拉力通过围套传至梁柱节点。吊索安装完毕后外观见图6。
3.2.2过程监测
过程监测包括卸载过程的应变、变形监测及基础施工过程的变形监测。
卸载过程中通过监测系统实时把控整个卸载过程，每级加载完成都应对监测数据及时处理分析。当数据出现异常或者实测值与计算值有显著差异时应暂停卸载，仔细分析原因，提出解决方案。张拉过程中还需要注意观察结构是否出现裂缝以及型型钢箍的变形情况。
卸载前对卸载柱粘贴4个应变片，下吊点下方设置2个位移计。张拉时两侧吊索同步分级张拉，每级张拉完成后持荷5分钟并采集数据，整个卸载过程应变数据如表2所示。
监测过程中发现，柱1号、2号测点应变自张拉开始一直比3号、4号测点应变大，这表明两侧吊索拉力不均匀导致柱受力偏心，当张拉至50%总拉力值时现场暂停了张拉。通过分析判断，认为该问题是由于两侧吊索各自张拉设备标定偏差造成的。因此，在继续张拉之前通过对调两侧张拉设备对偏心影响进行纠正。此后的张拉过程，柱各测点应变值趋于均匀。
当单根钢绞线张拉至张拉控制力计算值147kN时，柱应变数据实测平均值60 ，理论计算值为53 ，确定卸载完毕，终止张拉。
卸载完毕后进入基础施工过程，拆除重叠部分独立基础，按照设计变更方案浇筑筏板基础，养护完毕后将吊索解除。每一步完成时，分别采用高精度水准仪对下吊点进行变形观测。整个过程的变形实测值如表3所示（包含仪器测量误差）。整个基础托换过程中上部结构的变形可控。
注：“+”表示向上，“-”表示向下。
3.2.3解除吊索
柱子断开后便可进行基础更换工作，柱子断开后现场情况如图7所示。新浇筏板施工完毕后将两侧吊索同步逐根解除，整个基础托换工程完成。完工后对结构进行检查，未发现预应力卸载托换对结构造成破坏，预应力卸载的实施效果良好。
4 结语
本工程实践充分证明预应力技术能有效地运用于基础托换工程中。预应力卸载技术具有主动受力、过程可控的特点，方案设计时应对卸载过程中构件内力变化进行包络验算，卸载过程中应做好监测工作。
还应注意到，实际卸载过程中吊索是通过型钢箍将张拉力传递给梁柱节点的，整个托换过程中型钢箍一直处于复合受力状态。本文在张拉力计算时考虑了常规的预应力损失 ，但未考虑型钢箍变形的影响。型钢箍的受力分析以及其对卸载效果造成的影响有待进一步研究。
参考文献
[1] 张瀑,鲁兆红.预应力技术在托梁拔柱中的应用.“发展绿色技术，建设节约结构”——第十四届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文集,2007:555-558
[2] 李铭,郝玉松,冯智勇.既有建筑拔柱方法的研究.施工技术,2012(S0):297-300
[3] 陶继勇.建筑加固改造中的卸载技术研究与工程应用.西南交通大学,2013
论文作者:宋可加
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/21
标签：吊索论文; 预应力论文; 过程论文; 结构论文; 拉力论文; 基础论文; 梁柱论文; 《基层建设》2017年5期论文;