一种局部削梁的钢筋混凝土预应力框架结构改造方法与流程

1.本发明属于建筑保护与加固技术领域，具体涉及一种局部削梁的钢筋混凝土预应力框架结构改造方法。


背景技术：

2.预应力混凝土框架结构因自重轻，耐久性好等优点而建设中被广泛应用，与此同时建筑安全等级的要求也随之不断提高。一方面，在建设中难以避免地出现设计和施工等方面的问题，例如早期修建的预应力混凝土框架结构预应力梁的截面高度较大，造成建筑层高受到一定的影响随着建筑使用功能；另一方面，已经使用多年的预应力混凝土框架结构由于缺少必要的维修和保护导致结构存在一定的危险性，这就给原有建筑的安全和稳定提出了新的要求。然而，现阶段的拆除、改造、加固工程技术的成熟性和系统性都需要进一步完善。
3.对于预应力钢筋混凝土框架结构，采取重建方案势必会使建设成本大幅增长、延长工期，影响建筑物正常交付使用。考虑到预应力钢筋混凝土结构的特殊性，其复杂性程度较高，在结构改造过程中，难度较大。因此，需要研究一种作业工期短、见效快、湿作业少的改造方案，对因施工设计不周、建筑维修保护不充分、高度无法满足使用功能要求等因素引起的预应力钢筋混凝土框架结构进行改造加固处理。
4.随着钢筋混凝土结构的改造加固工程越来越多，预应力钢筋混凝土结构的系统性改造与加固面临问题和挑战也越来越多。因此，开发局部削梁的钢筋混凝土预应力框架结构改造方法，实现对钢筋混凝土预应力框架结构改造加固具有重要的价值和意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的一些问题，本发明提供一种局部削梁的钢筋混凝土预应力框架结构改造方法，该方法作业工期短、见效快、施工工艺简单，能够解决由于预应力钢筋混凝土梁截面较高引起的局部空间层高小、净空不满足使用要求的问题,并可确保削减高度后的预应力梁能够具有良好的承载能力和稳定的使用寿命，满足局部层高使用功能和建筑安全等级的要求。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种局部削梁的钢筋混凝土预应力框架结构改造方法，包括以下步骤：
7.步骤一，设置梁下支撑；
8.先规划好各个千斤顶和钢管柱的布置位置，再将各个千斤顶放平，并在每个千斤顶的底部均铺设钢垫板；然后，将钢管柱竖直的设置在对应的千斤顶的上方，并使钢管柱的顶端通过钢垫板与上部的框架主梁平顺接触，再通过千斤顶向上加载顶紧钢管柱的底端；
9.步骤二，设置板底支撑；
10.将需要削减截面高度的预应力梁长度方向两侧的楼板通过多根钢管进行支撑，其中，预应力梁上需要进行局部消减的待削减部分两侧的楼板较不需要进行局部削减的其余
部分两侧的楼板的支撑密度更高，以保证在待削减部分削减掉梁底部分后结构能够安全可靠；同时，在预应力梁两侧的上部、中部和底部各设置一道水平钢管进行横向支撑，每一道水平钢管将预应力梁一侧的多根钢管连接在一起，且每一道水平钢管之间纵横向相互连接，形成牢固稳定的楼板支撑体系，以代替预应力梁承担楼板上面传来的荷载，其中，需要进行局部削减的待削减部分两侧的横向支撑较不需要进行局部削减的其余部分两侧的横向支撑密度更高；
11.步骤三，架设监测仪器；
12.在需要进行局部削减截面高度的预应力梁和靠近待削减部分的框架主梁底面布置混凝土表面应变计，用于监测混凝土的应变情况，其中，靠近待削减部分一侧底面上混凝土表面应变计的数量较其余部分底面上混凝土表面应变计数量多；同时，在地面相对应的布置激光测距仪，用于监测在改造过程中预应力梁和框架主梁的挠度变形，其中，靠近待削减部分一侧下方的激光测距仪的数量较其余部分下方的激光测距仪的数量多；
13.步骤四，预应力梁顶升卸载；
14.通过千斤顶向上加载顶起钢管柱，以使预应力梁进行卸载；该过程中，使各个千斤顶统一同步向上升起，并通过混凝土表面应变计观察预应力梁在顶升过程中的应力变化情况，通过激光测距仪监测观察水平线的上升高度和预应力梁的变形情况，在上升达到设计高度时停止千斤顶的加载；
15.步骤五，框架柱头加高；
16.在靠近待削减部分的一根或两根框架主梁两端的原框架柱b顶端增设新增框架柱头，以对原框架柱b进行加高，新增框架柱头的截面尺寸与原框架柱b的尺寸保持一致；
17.步骤六，框架梁顶加高；
18.在靠近待削减部分的一根或两根框架主梁的顶部增设新框架梁，对靠近待削减部分的框架主梁进行加高，通过对靠近待削减部分的框架主梁加高的方式来使其承载更多的荷载，从而通过靠近待削减部分的框架主梁分担需要削减去待削减部分的预应力梁的荷载，新框架梁的截面宽度和长度与框架主梁的尺寸保持一致；
19.步骤七，预应力退载；
20.打开预应力梁中的预应力筋或预应力钢绞线端头保护混凝土，观察结构完整情况，在需要进行局部削减截面高度预应力梁上根据探测出的预应力筋或预应力钢绞线的位置凿开切口，使其中的预应力筋或预应力钢绞线露出，配合监测结果，逐根截断预应力梁中的预应力筋或预应力钢绞线，使预应力梁退载；在逐次截断预应力筋或预应力钢绞线退载的过程中，通过混凝土表面应变计观察预应力梁的应力变化情况，确保安全退载；
21.在该技术方案中，通过对已经卸载的预应力梁中的预应力筋或预应力钢绞线进行逐根截断处理，可以有效卸掉预应力梁内部的预应力，从而可以更方便后续对待削减部分的快速拆除作业，同时，也确保了后续拆除作业过程中的安全性，提高了作业的安全系数。
22.步骤八，削减局部梁高；
23.拆除削减待削减部分底部的混凝土，降低预应力梁的一部分厚度，并使预应力梁改为非预应力梁；该过程中，先在预应力梁上的待削减部分间隔一定距离的打出多个孔洞，再在孔洞内装填破碎剂，待预应力梁底部混凝土开裂后再进行拆除，在拆除时注意观察钢管的变形情况，在变形过大及时补充支撑；
24.在该技术方案中，通过在孔洞内装真破碎剂进行破碎，不仅可以快速实现待削减部分局部的破碎，而且还能确保其余部分的完整性，能确保其余部分的结构强度不会受到损害。
25.步骤九，梁底截面恢复；
26.拆除待削减部分底部至设计高度，该设计高度高于设计的改造后梁底位置，然后恢复拆除部分的梁底钢筋；该过程中，先植入新增纵筋，再恢复箍筋；并在新恢复梁底钢筋的外围支设模板，然后浇筑流动性好，硬化后不收缩的灌浆料，对待削减部分的底面进行修复，并形成梁底截面，梁底截面为设计的改造后梁底位置；
27.步骤十，预应力梁和框架主梁受力性能加强；
28.先将梁底截面和框架主梁的混凝土表面打磨平整，使混凝土表面清理干净并保持干燥，再把结构胶均匀涂于混凝土构件表面，然后在修复后的梁底截面上和框架主梁贴碳纤维布，最后在碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍结构胶；
29.步骤十一，千斤顶卸载、撤除钢管柱和钢管；
30.待步骤九中的灌浆料达到设计强度后，同步缓慢降低千斤顶，同时，通过激光测距仪监测预应力梁的变形情况，若预应力梁的梁身产生较大的挠度变形，则先停止千斤顶的下降，再对步骤九至步骤十进行返工处理，直至在降低千斤顶的过程中再无异常变形情况的出现，即可拆除钢管柱，撤除千斤顶，拆除激光测距仪。
31.作为一种优选，在步骤一中，所述钢管柱为方钢管柱。
32.作为一种优选，在步骤二中，为了有效保护地面和楼板不会在支撑过程中被划伤，钢管的顶部和底部各通过一个木支垫与楼板和地面相抵接。
33.进一步，为了保证新框架梁的承载强度，在步骤六中，新框架梁的加高高度与新增框架柱头的高度相一致。
34.进一步，在步骤八中，为了方便进行打孔作业，通过电钻进行孔洞的打孔作业，为了方便后续的破碎作业，为了方便进行拆除作业，通过电镐进行开裂混凝土的拆除作业。
35.进一步，为了保证加固后预应力梁的承载强度，在步骤九中，箍筋的直径及间距与原有箍筋的直径和间距相一致。
36.本发明提供的改造方法中，为了保证作业过程中的安全，先利用千斤顶和钢管柱对框架主梁进行支撑，再利用钢管对预应力梁两侧的楼板进行支撑，可以将预应力梁及其承重范围内的楼板进行顶升卸载，然后，再对预应力梁中的预应力筋或预应力钢绞线逐根切断退载，可以使被改造的预应力梁所受的荷载由支撑来承担，从而方便了后续对预应力梁局部截面高度的削减作业；在对靠近待削减部分框架主梁的两端进行柱头加高后，再在靠近待削减部分框架主梁上部增设新框架梁，可以在削减作业前先完成框架主梁和原框架柱b的加固，然后再对预应力梁局部的底部进行削减，并恢复其底部的受力钢筋，可以利用靠近靠近待削减部分的框架主梁加高的方式来分担需要局部削减预应力梁的荷载，有效的确保了削减后预应力梁的承载能力；另外，在待削减部分底部钢筋恢复后，再对改造后的预应力梁承载力进行进一步加强，然后再使原框架柱及楼板复位，可以进一步增强削减后的预应力梁的承载支撑能力；在改造加固过程中，使用混凝土表面应变计和激光测距仪进行预应力梁和框架主梁应变和变形情况监测，可以实时掌握改造过程中顶升卸载、预应力退载和恢复加载各个环节的应力变化及变形情况，从而确保了每个改造环节均能安全可靠的
进行，同时，有效确保了改造后预应力梁和框架主梁的承载能力能满足使用需求；另外，通过激光测距仪对预应力梁在改造过程中的位移进行监测，能方便掌握改造过程中及改造后预应力梁的变形情况。本发明通过千斤顶结合钢管柱来分别实现预应力梁的顶升卸载，并配合钢管对楼板进行支撑，然后对靠近待削减部分的框架主梁进行加高，以分担局部消减后预应力梁的荷载，接着逐根截断预应力钢绞线实现预应力的退载，再根据设计高度削减预应力梁局部的截面高度，然后通过增设纵筋和箍筋来恢复钢筋的承载能力，最后通过灌浆料的浇筑和养护，贴碳纤维布增强削减处理后预应力梁的承载力，有效确保了改造后的预应力梁和框架主梁具有稳定可靠的承载能力，并确保了改造后建筑物的建筑安全等级和使用寿命；本方法整体施工工艺简单，且较容易实施，同时，其施工周期短、见效快、加固效果可靠，对上部结构的影响较小，有效解决了由于预应力钢筋混凝土梁截面较高引起的局部空间层高小、净空不满足使用要求的问题；通过局部削减梁高的改造加固可以增大局部层高，满足了局部空间高度的使用要求，实现了对预应力钢筋混凝土梁的简单、高效、经济的改造与加固，可以有效地确保削减高度后的预应力梁能够具有良好的承载能力和稳定的使用寿命，满足局部层高的使用功能和建筑安全等级的要求。
附图说明
37.图1是本发明中局部削梁改造的结构示意图；
38.图2是图1中a
‑
a向的剖视图；
39.图3是本发明对削减后预应力梁进行加固的示意图；
40.图4是图3中b
‑
b向的剖视图；
41.图5是图3的俯视图；
42.图6是图5中c
‑
c向的剖视图；
43.图7是图5中d
‑
d向的剖视图；
44.图8是本发明中预应力梁两侧楼板的支撑结构示意图。
45.图中：1、预应力梁，2、待削减部分，3、预应力筋或预应力钢绞线，4、框架主梁，5、钢管柱，6、钢垫板，7、千斤顶，8、切口，9、新框架梁，10、梁底截面，11、楼板，12、混凝土表面应变计，13、激光测距仪，14、原框架柱a，15、原框架柱b，16、新增纵筋，17、箍筋，18、碳纤维布，19、钢管，20、水平钢管，21、木支垫，22、新增框架柱头。
具体实施方式
46.下面对本发明作进一步说明。
47.如图1至图8所示，一种局部削梁的钢筋混凝土预应力框架结构改造方法，包括以下步骤：
48.步骤一，设置梁下支撑；
49.先规划好各个千斤顶7和钢管柱5的布置位置，再将各个千斤顶7放平，并在每个千斤顶7的底部均铺设钢垫板6；然后，将钢管柱5竖直的设置在对应的千斤顶7的上方，并使钢管柱5的顶端通过钢垫板6与上部的框架主梁4平顺接触，再通过千斤顶7向上加载顶紧钢管柱5的底端；
50.作为一种优选，所述钢垫板6的厚度为10mm；为了进行有效的支撑，所述钢管柱5为
截面不小于200mm
×
200mm，壁厚为不小于5mm的方钢管柱。
51.步骤二，设置板底支撑；
52.将需要削减截面高度的预应力梁1长度方向两侧的楼板11通过多根钢管19进行支撑，其中，预应力梁1上需要进行局部消减的待削减部分2两侧的楼板11较不需要进行局部削减的其余部分两侧的楼板11的支撑密度更高，以保证在待削减部分2削减掉梁底部分后结构能够安全可靠；同时，在预应力梁1两侧的上部、中部和底部各设置一道水平钢管20进行横向支撑，每一道水平钢管20将预应力梁1一侧的多根钢管19连接在一起，且每一道水平钢管20之间纵横向相互连接，形成牢固稳定的楼板支撑体系，以代替预应力梁1承担楼板11上面传来的荷载，其中，需要进行局部削减的待削减部分2两侧的横向支撑较不需要进行局部削减的其余部分两侧的横向支撑密度更高；
53.作为一种优选，所述钢管19为直径48.3mm，壁厚3.6mm的圆钢管，且相邻钢管19的间距600mm；为了有效保护地面和楼板不会在支撑过程中被划伤，钢管19的顶部和底部各通过一个木支垫15与楼板11和地面相抵接。
54.步骤三，架设监测仪器；
55.在需要进行局部削减截面高度的预应力梁1和靠近待削减部分2的框架主梁4底面布置混凝土表面应变计12，用于监测混凝土的应变情况，其中，靠近待削减部分2一侧底面上混凝土表面应变计12的数量较其余部分底面上混凝土表面应变计12数量多；同时，在地面相对应的布置激光测距仪13，用于监测在改造过程中预应力梁1和框架主梁4的挠度变形，其中，靠近待削减部分2一侧下方的激光测距仪13的数量较其余部分下方的激光测距仪13的数量多；
56.步骤四，预应力梁1顶升卸载；
57.通过千斤顶7向上加载顶起钢管柱5，以使预应力梁1进行卸载；该过程中，使各个千斤顶7统一同步向上升起，并通过混凝土表面应变计12观察预应力梁1在顶升过程中的应力变化情况，通过激光测距仪13监测观察水平线的上升高度和预应力梁1的变形情况，在上升达到设计高度时停止千斤顶7的加载；
58.步骤五，框架柱头加高；
59.在靠近待削减部分2的一根或两根框架主梁4两端的原框架柱b15顶端增设新增框架柱头22，以对原框架柱b15进行加高，新增框架柱头22的截面尺寸与原框架柱b15的尺寸保持一致；
60.如果待削减部分2位于一根框架主梁4和预应力梁1的端部之间，则在这一根框架主梁4两端的原框架柱b15顶端增设新增框架柱头22；如果待削减部分2位于相邻的两根框架主梁4之间，则在两根框架主梁4两端的原框架柱b15顶端均增设新增框架柱头22；
61.为了保证预应力梁的承载受力强度，新增框架柱头22与原框架柱b15浇筑连接成一体式结构；
62.作为一种优选，新增框架柱头22的高度为300～500mm，为了保证新增框架柱头的承载强度，其中，新增框架柱头22中的纵筋为箍筋为
63.为了更有效的加强整体的承载受力强度，还可以在需要进行局部削减截面高度的预应力梁1两端的原框架柱a14的顶端增设两个新增柱头；新增柱头的截面尺寸与原框架柱a14的尺寸保持一致，其高度与新增框架柱头22的高度相一致；
64.步骤六，框架梁顶加高；
65.在靠近待削减部分2的一根或两根框架主梁4的顶部增设新框架梁9，对靠近待削减部分2的框架主梁4进行加高，通过对靠近待削减部分2的框架主梁4加高的方式来使其承载更多的荷载，从而通过靠近待削减部分2的框架主梁4分担需要削减去待削减部分2的预应力梁1的荷载，新框架梁9的截面宽度和长度与框架主梁4的尺寸保持一致；
66.如果待削减部分2位于一根框架主梁4和预应力梁1的端部之间，则在这一根框架主梁4两端的原框架柱b15顶端增设新增框架柱头22；如果待削减部分2位于相邻的两根框架主梁4之间，则在两根框架主梁4两端的原框架柱b15顶端均增设新增框架柱头22；
67.为了保证预应力梁的承载受力强度，新框架梁9的两端与框架主梁4两端的新增框架柱头22浇筑连接成一体式结构，且新框架梁9与框架主梁4浇筑连接成一体式结构，同时，新框架梁9的高度与新增框架柱头22的高度相一致。
68.为了保证新框架梁的承载强度，新框架梁9中的纵筋16为箍筋17为
69.作为一种优选，当原框架柱a14的顶端增设有两个新增柱头时，还可以在两个新增加柱头之间增设新梁体，新梁体与与预应力梁1浇筑连接成一体式结构，同时，新梁体的高度与新增柱头的高度相一致；
70.步骤七，预应力退载；
71.打开预应力梁1中的预应力筋或预应力钢绞线3端头保护混凝土，观察结构完整情况，在需要进行局部削减截面高度预应力梁1上根据探测出的预应力筋或预应力钢绞线3的位置凿开切口8，使其中的预应力筋或预应力钢绞线3露出，配合监测结果，逐根截断预应力梁1中的预应力筋或预应力钢绞线3，使预应力梁1退载；在逐次截断预应力筋或预应力钢绞线3退载的过程中，通过混凝土表面应变计12观察预应力梁1的应力变化情况，确保安全退载；
72.为了方便的对预应力筋或预应力钢绞线进行切断作业，切口8的尺寸优选为200mm
×
200mm。
73.在该技术方案中，通过对已经卸载的预应力梁中的预应力筋或预应力钢绞线进行逐根截断处理，可以有效卸掉预应力梁内部的预应力，从而可以更方便后续对待削减部分的快速拆除作业，同时，也确保了后续拆除作业过程中的安全性，提高了作业的安全系数。
74.步骤八，削减局部梁高；
75.拆除削减待削减部分2底部的混凝土，降低预应力梁1的一部分厚度，并使预应力梁1改为非预应力梁；该过程中，先在预应力梁1上的待削减部分2间隔一定距离的打出多个孔洞，再在孔洞内装填破碎剂，待预应力梁1底部混凝土开裂后再进行拆除，在拆除时注意观察钢管19的变形情况，在变形过大及时补充支撑；
76.在该技术方案中，通过在孔洞内装真破碎剂进行破碎，不仅可以快速实现待削减部分局部的破碎，而且还能确保其余部分的完整性，能确保其余部分的结构强度不会受到损害。
77.步骤九，梁底截面恢复；
78.拆除待削减部分2底部至设计高度，该设计高度高于设计的改造后梁底位置，然后恢复拆除部分的梁底钢筋；该过程中，先植入新增纵筋16，再恢复箍筋17；并在新恢复梁底
钢筋的外围支设模板，然后浇筑流动性好，硬化后不收缩的灌浆料，对待削减部分2的底面进行修复，并形成梁底截面10，梁底截面10为设计的改造后梁底位置；
79.为了保证加固后预应力梁的承载强度，箍筋17的直径及间距与原有箍筋的直径和间距相一致。
80.步骤十，预应力梁1和框架主梁4受力性能加强；
81.先将梁底截面10和框架主梁4的混凝土表面打磨平整，使混凝土表面清理干净并保持干燥，再把结构胶均匀涂于混凝土构件表面，然后在修复后的梁底截面10上和框架主梁4贴碳纤维布18，最后在碳纤维布18的表面均匀涂抹浸渍结构胶；
82.步骤十一，千斤顶7卸载、撤除钢管柱5和钢管19；
83.待步骤九中的灌浆料达到设计强度后，同步缓慢降低千斤顶7，同时，通过激光测距仪13监测预应力梁1的变形情况，若预应力梁1的梁身产生较大的挠度变形，则先停止千斤顶7的下降，再对步骤九至步骤十进行返工处理，直至在降低千斤顶7的过程中再无异常变形情况的出现，即可拆除钢管柱5，撤除千斤顶7，拆除激光测距仪13。
84.本发明提供的改造方法中，为了保证作业过程中的安全，先利用千斤顶和钢管柱对框架主梁进行支撑，再利用钢管对预应力梁两侧的楼板进行支撑，可以将预应力梁及其承重范围内的楼板进行顶升卸载，然后，再对预应力梁中的预应力筋或预应力钢绞线逐根切断退载，可以使被改造的预应力梁所受的荷载由支撑来承担，从而方便了后续对预应力梁局部截面高度的削减作业；在对靠近待削减部分框架主梁的两端进行柱头加高后，再在靠近待削减部分框架主梁上部增设新框架梁，可以在削减作业前先完成框架主梁和原框架柱b的加固，然后再对预应力梁局部的底部进行削减，并恢复其底部的受力钢筋，可以利用靠近靠近待削减部分的框架主梁加高的方式来分担需要局部削减预应力梁的荷载，有效的确保了削减后预应力梁的承载能力；另外，在待削减部分底部钢筋恢复后，再对改造后的预应力梁承载力进行进一步加强，然后再使原框架柱及楼板复位，可以进一步增强削减后的预应力梁的承载支撑能力；在改造加固过程中，使用混凝土表面应变计和激光测距仪进行预应力梁和框架主梁应变和变形情况监测，可以实时掌握改造过程中顶升卸载、预应力退载和恢复加载各个环节的应力变化及变形情况，从而确保了每个改造环节均能安全可靠的进行，同时，有效确保了改造后预应力梁和框架主梁的承载能力能满足使用需求；另外，通过激光测距仪对预应力梁在改造过程中的位移进行监测，能方便掌握改造过程中及改造后预应力梁的变形情况。本发明通过千斤顶结合钢管柱来分别实现预应力梁的顶升卸载，并配合钢管对楼板进行支撑，然后对靠近待削减部分的框架主梁进行加高，以分担局部消减后预应力梁的荷载，接着逐根截断预应力钢绞线实现预应力的退载，再根据设计高度削减预应力梁局部的截面高度，然后通过增设纵筋和箍筋来恢复钢筋的承载能力，最后通过灌浆料的浇筑和养护，贴碳纤维布增强削减处理后预应力梁的承载力，有效确保了改造后的预应力梁和框架主梁具有稳定可靠的承载能力，并确保了改造后建筑物的建筑安全等级和使用寿命；本方法整体施工工艺简单，且较容易实施，同时，其施工周期短、见效快、加固效果可靠，对上部结构的影响较小，有效解决了由于预应力钢筋混凝土梁截面较高引起的局部空间层高小、净空不满足使用要求的问题；通过局部削减梁高的改造加固可以增大局部层高，满足了局部空间高度的使用要求，实现了对预应力钢筋混凝土梁的简单、高效、经济的改造与加固，可以有效地确保削减高度后的预应力梁能够具有良好的承载能力和稳定的
使用寿命，满足局部层高的使用功能和建筑安全等级的要求。