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2011年3月下施工技術(shù)
第40卷第337期CONSTRUCTION TECHNOLOGY 49
某門式剛架庫房預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計與施工
劉桐1，劉友忠2，羅斌3
(1．鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院。江蘇鹽城224051；2．江蘇國豐建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇鹽城224000；
3．東南大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇南京210096)
[摘要】從解決門式剛架主體強(qiáng)度或剛度不足的問題出發(fā)，結(jié)合某汽車庫房實(shí)際工程，采用在門式剛架梁下弦加設(shè)
預(yù)應(yīng)力拉索的方法進(jìn)行加固優(yōu)化設(shè)計。通過加固前后對原門式剛架結(jié)構(gòu)性能的影響分析研究表明。采用預(yù)應(yīng)力拉
索的方法進(jìn)行加固安全可靠。同時介紹了該預(yù)應(yīng)力拉索加固的節(jié)點(diǎn)設(shè)計與施工技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】門式剛架；預(yù)應(yīng)力拉索；結(jié)構(gòu)性能；加固
【中圈分類號】TU746．3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A 【文章編號】1002·8498(2011)06-0049-03
Design and Construction of Prestressed Reinforcement
of a Portal Frame Storehouse
Liu Tong‘，Liu Youzhong 2。Luo Bin3
(1．Civil Engineering College of Yancheng Institute of Technology．Yaneheng。J玩ngsu 22405 1．China；
2．Jiangsu Cuofeng Construction Group Co．，Ltd．，Yancheng，Jiangsu 224000，China；
3．Civil Engineering College ofSoutheast University?！?，彬昭，Jiangsu 210096，儺ina)
Abstract：Combining with the actual automobile storehouse，authors proposed an optimized reinforcement
method of adding prestressed cable under the bottom chords of portal frame girder to solve the deficient of
strength and stiffness of portal frame．Comparison of the structural performance before and after the
reinforcement shows that the reinforcement method is safe and reliable．Moreover，the node design and
construction technology of the prestressed cable reinforcement are introduced．
Key words：portal frame；prestressed cable；structural performance；reinforcement
l工程概況
鹽城市某二期汽車庫房采用門式剛架結(jié)構(gòu)體
系，庫房內(nèi)無起重機(jī)，屋面荷載較大(吊掛荷載大)。
該庫房長度78m，跨度24m，柱距6m?？癸L(fēng)柱柱距
5m，檐口柱高21m。剛架梁為變截面設(shè)計。實(shí)際采
用斷面形式為：柱H1 000 X450 X 10×18；梁均分4
段，兩邊對稱，第l段截面H(1 100—800)X 400 X
10 X 14，第2段截面H(800—950)X 400 x 10 X 14
(見圖1)。該庫房使用后發(fā)現(xiàn)，剛架梁變形較大，實(shí)
測剛架梁跨中最大變形達(dá)74ram，建設(shè)單位要求進(jìn)
行加固。
2原門式剛架庫房結(jié)構(gòu)性能分析
2．1計算模型及參數(shù)
以一榀剛架為計算單元，將屋面及檁條質(zhì)量導(dǎo)
算為恒載作用于剛架，取值0．3kN／m2，吊掛荷載
1．5kN／m2，屋面活載0．3kN／m2，基本雪壓0．5kN／
【收稿日期】2010·10·12
【作者簡介】劉櫚．鹽城工學(xué)院士術(shù)下程學(xué)院副教授．江蘇省鹽城
市希望大道校區(qū)鹽城I：學(xué)院土木工程學(xué)院32信箱224051．電話：
(0515)88168210．E·mail：liutongpc@yahoo．corn．crl
圈1 門式剛架結(jié)構(gòu)示曩
Fig．1 Portal frame structure
m2(活載與雪載取較大值參與組合)，基本風(fēng)壓
0．45kN／m2，地面粗糙度類別為B類，風(fēng)壓高度變化
系數(shù)為1．3。風(fēng)荷載體型系數(shù)：迎風(fēng)墻面+0．8、背
風(fēng)墻面一0．5、迎風(fēng)屋面一0．6、背風(fēng)屋面一0．5。環(huán)
境溫度變化一10—300C。門式剛架自重由計算程序
自動導(dǎo)算。
采用大型有限元分析軟件ANSYS。對該結(jié)構(gòu)進(jìn)
行承載能力極限狀態(tài)和正常使用狀態(tài)下結(jié)構(gòu)性能分
析。結(jié)構(gòu)性能主要包括受力和變形兩個方面，受力
為梁最大應(yīng)力、柱頂和柱底應(yīng)力。變形為梁的跨中豎
萬方數(shù)據(jù)
施工技術(shù)第40卷
向位移和柱頂水平位移。門式剛架的梁和柱均采用
beaml88單元模擬。荷載組合包括：①承載能力極
限狀態(tài)組合1：1．2G+1．4L+0．84T．；組合2：1．2G
+1．4S+0．84孔；組合3：0．9G+1．4W+0．84TI；組
合4：0．9G+1．4W+0．84咒。②正常使用狀態(tài)組
合5：1．OG+1．0L+0．6T．；組合6：1．0G+1．OS+
0．6L；組合7：1．0G+1．0W+0．6T，；組合8：1．0G+
1．0W+0．6疋。其中：G為恒載(結(jié)構(gòu)自重+屋面+
吊掛)、L為活載、矽為風(fēng)載、Is為雪載、L為升溫荷
載、死為降溫荷載。
2．2分析結(jié)果
提取各荷載組合下關(guān)鍵構(gòu)件的內(nèi)力和位移，計
算結(jié)果如表1。2所示。
裹1 各組合下關(guān)鍵構(gòu)件內(nèi)力
Table 1 Key components stress under
different conditions MPa
裹2各組合下結(jié)構(gòu)最大位移
Table 2 Maximum displacement of the
structure under difierent conditions mm
往：表中負(fù)僵表不位移向F
由表1，2可見，該工程門式剛架結(jié)構(gòu)的梁和柱
在承載能力極限狀態(tài)下的最大應(yīng)力為134．3MPa，滿
足強(qiáng)度要求。結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下的最大豎向位
移為70mm，結(jié)構(gòu)跨度為24m，約為L／343，屋面結(jié)構(gòu)
的豎向位移大于規(guī)范要求的L／400，故結(jié)構(gòu)不滿足
在正常使用極限狀態(tài)下設(shè)計要求。
3預(yù)應(yīng)力加固方案優(yōu)化
根據(jù)庫房剛架梁實(shí)際變形與理論分析結(jié)果，門
式剛架結(jié)構(gòu)梁的剛度較弱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)豎向位移不滿
足規(guī)范要求，需要采取措施對其加固。采用預(yù)應(yīng)力
拉索加撐桿的方法，使上弦梁、拉索和撐桿構(gòu)成張弦
梁結(jié)構(gòu)體系，由此可以提高原結(jié)構(gòu)的承載力和剛度。
由于該工程應(yīng)滿足規(guī)定的凈空要求，預(yù)應(yīng)力拉索布
置和撐桿長度均受到限制。為了方便施工，根據(jù)撐
桿布置形式不同。采用單撐桿“I”字形和雙撐桿“V”
字形(見圖2)兩種預(yù)應(yīng)力加固方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能優(yōu)
化。為了便于對比分析，兩種方案均采用相同規(guī)格
的預(yù)應(yīng)力拉索(PESC5×55)和撐桿(咖83×4)，同時
拉索的初始預(yù)張力也相同。R n a“I”字形b“V”字形
圈2加固方秉示意
Fig．2 Reinforcement schemes
4加固后結(jié)構(gòu)性能分析
運(yùn)用ANSYS軟件對兩種加固方案分別進(jìn)行建
模分析，其中拉索用linklO模擬，撐桿用link8模擬。
兩種方案的結(jié)構(gòu)性能分析結(jié)果如表3，4所示。
表4加固后備組合下結(jié)構(gòu)最大位移
Table 4 Maximum displacement under
different conditions after reinforced mill
由表3，4計算結(jié)果對比分析可得：①同荷載組
合下，兩種方案的預(yù)應(yīng)力拉索索力相差不大，而“I”
字形方案的撐桿內(nèi)力比“V”字形方案大，但是都滿
足強(qiáng)度要求；②各荷載組合下，兩方案所對應(yīng)結(jié)構(gòu)的
梁最大應(yīng)力、柱頂應(yīng)力和柱底應(yīng)力基本相近；③各荷
載組合下，兩方案所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)最大位移基本相同；
④與原設(shè)計相比，兩方案降低了門式剛架結(jié)構(gòu)梁在
最不利組合下的應(yīng)力，同時該結(jié)構(gòu)在最不利狀況下
跨中的豎向位移為一26ram，滿足了結(jié)構(gòu)在正常使用
裹3加固后各組合下關(guān)鍵構(gòu)件內(nèi)力
Table 3 Key components stress under different conditions after reinforced
組合{警掣羆柱硬應(yīng)力／MPa 柱底應(yīng)力／MPa 拉索軸力／kN
I字形V字形I字形V字形l字形V字形
攆桿內(nèi)力／MPa
I字形V字形
組合
組合
組合
組合
84．0
87．5
57．8
74．7
84．9
88．2
47．7
63．2
82．6
55．4
64．5
58．4
40．3
46．3
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萬方數(shù)據(jù)
劉桐等：某門式剛架庫房預(yù)應(yīng)力加固設(shè)計與施工5l
2
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b節(jié)點(diǎn)l
c節(jié)點(diǎn)2 d節(jié)點(diǎn)3
圈3預(yù)應(yīng)力拉素加固結(jié)構(gòu)示意
FIg．3 Reinforcing structure with prestressed cable
極限狀態(tài)下的設(shè)計要求。總之，兩種預(yù)應(yīng)力優(yōu)化方
案都能改善結(jié)構(gòu)性能，特別是增加結(jié)構(gòu)剛度，但是考
慮到實(shí)際施工的可操作性，最終選擇“V”字形方案
進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固。
5預(yù)應(yīng)力加固節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與施工技術(shù)
5．1加固節(jié)點(diǎn)構(gòu)造
與拉索相連的節(jié)點(diǎn)是保證預(yù)應(yīng)力建立的核心元
件，其構(gòu)造設(shè)計除了滿足力學(xué)要求外還要兼顧施工
與拉索張拉空間的需求。結(jié)合該工程特點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)
構(gòu)造設(shè)計，如圖3所示。
5．2預(yù)應(yīng)力拉索施工技術(shù)
由于加固后該門式剛架庫房結(jié)構(gòu)內(nèi)部需要滿足
凈空要求，導(dǎo)致拉索與鋼梁夾角較小，拉索在節(jié)點(diǎn)2
處張拉難度較大，因此選擇一端張拉法在節(jié)點(diǎn)l處進(jìn)
行預(yù)應(yīng)力張拉?？紤]到該庫房結(jié)構(gòu)榀與榀之間剛度
影響較弱，同時每榀拉索的施工張拉力400kN，進(jìn)行
逐榀張拉并且一次張拉到位。每榀拉索有2根拉索
通過節(jié)點(diǎn)l相連，在張拉過程中保證拉索張拉力同步
增加。兩根索施工時對稱張拉，嚴(yán)格控制油壓表的讀
數(shù)，實(shí)際張拉力值應(yīng)在設(shè)計值的95％一105％，保證張
拉力的誤差符合設(shè)計要求。每榀拉索采用分級張拉：
O—d0％礦。?！?50％礦。。。—+70％礦。。。---,90％礦。。。---*100％
礦。。。(盯。。。為控制預(yù)拉力)。本工程加固后對剛架梁跨
中進(jìn)行了實(shí)測，撓度值51mm。滿足規(guī)范要求。
6結(jié)語
該庫房在門式剛架梁下弦加設(shè)預(yù)應(yīng)力拉索和撐
桿的加固方法可以大大改善結(jié)構(gòu)性能，特別是對結(jié)
構(gòu)剛度有較大提高，該工程通過加固后使用效果良
好，對今后類似工程的加固具有參考價值。
◆考文獻(xiàn)：
【l】呂志濤．盂少平．現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力設(shè)計[M]．北京：中國建筑工業(yè)
出版社．1998．
[2】郝文化．葉裕明．劉春山。等．ANSYS土木工程應(yīng)用實(shí)倒【M】．
北京：中國水利水電出版社．2005．
[3】王國強(qiáng)．實(shí)用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在ANSYS上的實(shí)踐
[M]．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1999．
[4] 建筑施工手冊(4版)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社。
2003．
[5】江正榮．建筑施工計算手冊(2版)[M】．北京：中國建筑工業(yè)
出版社．2001．
[6】清華大學(xué)土木工程系．CECS97：96鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范
【s】．1997．
國內(nèi)最大的光伏發(fā)電站竣工
位于山東濟(jì)南力諾陽光科技園內(nèi)的光伏發(fā)電站
竣工。該發(fā)電站是目前國內(nèi)最大的光伏發(fā)電站，總
長度120m，高20m，結(jié)構(gòu)為龍門式鋼結(jié)構(gòu)。電站投
入運(yùn)營后。年發(fā)電量可達(dá)24萬kW·h，每年可節(jié)約
標(biāo)準(zhǔn)煤88．8t、減排灰渣67．2t、減排二氧化碳
195．36t、減排二氧化硫7．2t，具有良好的社會效益
和經(jīng)濟(jì)效益。
(摘自《：中華建筑報)20ll-03-08)

文檔作者：劉桐1，劉友忠2，羅斌3 文檔來源： 1．鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院 2．江蘇國豐建設(shè)集團(tuán)有限公司 3．東南大學(xué)土木工程學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月01日
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