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协会标准实施应用案例——《建筑结构体外预应力加固技术规程》T/CECS 1111-2022

导 语

为积极配合中国工程院“实施《国家标准化发展纲要》若干重大问题研究”项目——“团体标准支撑高质量发展研究”课题调研,协会向各分支机构和各有关单位发出《关于征集协会标准实施应用案例的紧急通知》(建标协函〔2024〕47号),各分支机构和有关单位高度重视、积极响应,迅速组织开展协会标准案例总结编写工作,并按要求及时报送给协会。协会从已收到的数百份中国工程建设标准化协会标准实施案例中,精选了技术水平高、创新性强,在促进科技创新与科技成果转化、引领行业发展等方面,经济效益、社会效益、生态效益显著的代表性协会标准,汇总编纂了《中国工程建设标准化协会标准实施应用案例》,呈送给中国工程院、国家市场监督管理总局调研组。入选案例,既有工程建设新技术、新材料、新设备推广使用的标准项目,也有工程建设领域的前瞻性、先导性技术理论和科研成果推广应用等方面的案例,标准项目涵盖了建筑工程、市政工程、公路工程、铁路工程、信息通信工程等领域,涉及“双碳”、绿色建筑、绿色建材、振震双控、检测、防水、城市交通、村镇建设、项目管理等方面的工程标准、标准图集等。

为了加强协会团体标准实施推广工作的总结交流,协会决定:在协会微信公众号和《工程建设标准化》期刊,开设专题栏目,拟于每周推选、刊发协会团体标准实施应用案例1~2个,并将作为一项常态化的工作持续组织开展。

通过案例的发布,我们期望能够进一步加强工程建设标准化工作宣传,促进标准实施应用,加快构建推动高质量发展的标准体系,推动工程建设标准化事业持续健康发展贡献更多智慧和力量。

请协会各分支机构、协会标准各主编单位,能够加强领导,确定专项工作人员,继续组织做好归口管理或主编的协会标准案例的编写和报送工作,并为下一步计划编纂出版的《中国工程建设标准化典型案例》系列丛书汇集积累材料、探索总结工作做法和经验。

请将标准实施应用案例报送至以下邮箱:cecscode@126.com。

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《建筑结构体外预应力加固技术规程》实施应用

一、编制背景

(一)编制背景

对既有建筑结构进行加固和改造是今后建筑业越来越重要的内容,通过体外预应力加固,可以将结构跨内荷载主动转移到支座,提高承载力、减小混凝土结构裂缝宽度、减小结构挠度、减少甚至避免湿作业,体外预应力加固具有技术先进,受力合理等优点,是一种技术可靠、经济、有效的加固方式。住建部行业标准《建筑结构体外预应力加固技术规程》JGJ/T279是为建筑工程中混凝土结构体外预应力加固技术编写的专项标准,对混凝土结构体外预应力加固设计、施工和验收具有指导意义。该项标准2012年颁布实施,使用过程中验证了该标准的技术性和适用性。

为落实《国务院关于深化标准化工作改革方案的通知》(国发〔2015〕13号)、《住房和城乡建设部关于培育和发展工程建设团体标准的意见》(建办标〔2016〕57号)、《住房城乡建设部办公厅关于印发〈可转化成团体标准的现行工程建设推荐性标准目录(2018年版)〉的通知》(建办标函〔2018〕168号)等国家、部门标准化改革文件,《建筑结构体外预应力加固技术规程》(以下简称《规程》)于2018年在中国工程建设标准化协会立项,由中国工程院院士、中国工程建设标准化协会副理事长曾滨担任主编。

借转化编制机会,编制组进行修订和细化,并在原行业标准针对混凝土结构体外预应力加固的基础上,补充钢结构和砌体结构体外预应力加固内容,总结近年来在体外预应力加固设计、施工和验收中的经验,提高了整体技术水平。

(二)编制目的和意义

《规程》为建筑行业的混凝土结构、钢结构、砌体结构等主要结构形式体外预应力加固的设计、施工、质量验收提供了共同遵守的依据。本标准实施后可为广大的工程设计与施工人员提供依据,规范其设计与施工行为,保障设计与施工质量,有效地推动体外预应力加固技术在工程中的应用。

预应力筋材料强度级别达到1860MPa,超高强钢绞线强度达到2360MPa,是普通钢材强度的4~6倍,如采用预应力钢绞线替代普通钢材,可显著节省钢材,减少碳排放,对我国“双碳”目标实现具有现实意义。

本《规程》的实施将促进建筑结构体外预应力加固技术的良好应用与健康发展,特别是我国面临着城市建筑性能提升、老旧结构改造加固等建筑业转型,该标准将有利于高强度钢材的应用,具有显著的社会效益与经济效益。

(三)编制单位和编制人员

主编单位中冶建筑研究总院有限公司,参加标准编制的单位还有同济大学等,编制组成员共24人:曾 滨、尚仁杰、许 庆、薛伟辰、刘 航、罗永峰、徐 曼、潘钻峰、周 臻、王春林、徐晓达、彭 飞、李延和、熊学玉、李晨光、李东彬、束伟农、仝为民、冯传山、孙岩波。

二、技术内容

本《规程》适用于房屋建筑和一般构筑物的钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构采用体外预应力进行加固的设计、施工及验收。

《规程》共分为8章和5个附录,主要内容包括:

1总则:规定了本规程的适用范围和特点。

2 术语和符号:本标准特有的概念、术语及标准中用到的符号。主要术语有:结构加固、体外预应力加固法、体外预应力束、转向装置、锚固装置、体外预应力二次效应。

3 基本规定:规定了设计、施工和验收的基本原则,包括设计后续使用年限的确定、作用效应的考虑原则等。

4 材料:规定了体外预应力加固工程相关材料,包括原结构材料强度的选用原则,体外预应力筋的类型及满足的产品标准性能,锚固系统、转向装置及连接材料的性能指标,防腐防火材料的技术要求等。本标准加入了纤维增强复合材料(FRP)作为预应力筋,包括碳纤维增强复合材料(CFRP)筋和芳纶纤维增强复合材料(AFRP)筋。

5 混凝土结构加固设计:规定了混凝土结构体外预应力加固设计方法,特别是考虑体外预应力特点的预应力损失计算、承载力计算和正常使用阶段计算方法,同时还给出了转向块和锚固块设计应考虑的问题。受弯承载力计算中考虑了体外预应力特点,包括二次效应考虑和二次受力考虑等。正常使用阶段计算中考虑了原结构开裂后进行体外预应力加固的计算方法。规定了混凝土结构体外预应力加固设计构造规定和防护措施等。

6 钢结构加固设计:将钢结构分为受弯构件、受压构件、受拉构件,给出了加固设计方法。钢结构的体外预应力加固设计应验算承载力极限状态和正常使用极限状态,并对张拉阶段进行验算。针对钢结构体外预应力加固改变结构体系情况,给出当只按加固后新结构体系计算不能反映加固前、后荷载效应组合时,其承载力极限状态计算宜根据加固前、后的结构体系变化及受荷过程进行内力分析与效应组合。 规定了钢结构体外预应力加固设计构造规定和防腐、防火构造措施等。

7 砌体结构加固设计:规定了砌体结构加固设计计算方法。砌体墙体通过施加预应力提高墙体的抗剪承载力、提高墙体抗震能力,规程给出了考虑预应力作用的砌体结构抗剪、抗震计算方法。规定了预应力筋加固砌体墙体的开槽、锚固等构造措施,也给出了防腐、防火构造措施。

8 施工:将混凝土结构、钢结构和砌体结构统一按照预应力筋加工制作、转向装置与锚固装置安装、预应力筋安装、预应力张拉、封锚与防护等工序给出了规定。

9 验收:验收按材料检验和施工质量验收两部分编写。材料检验根据材料类别划分为预应力筋、锚具、孔道灌注材料、封闭材料、转向装置、锚固装置、防腐材料、防火材料等检验批验收,并按主控项目和一般项目验收。施工质量验收包括锚固装置与转向装置安装、预应力筋制作与安装、预应力张拉、封锚与防护等工作内容,并按主控项目和一般项目验收。

附录A 混凝土受弯构件体外预应力筋数量估算;

附录B 简支梁体外预应力筋应力增量及偏心距损失;

附录C 混凝土结构转向装置、锚固装置设计、布置及构造;

附录D 钢筋混凝土板的体外预应力加固法;

附录E 绕梁式布筋体外预应力加固梁计算及构造。

三、创新性

1 混凝土结构体外预应力加固的二次效应计算方法

体外预应力加固时,预应力筋不能和截面同时是竖向变形,造成预应力筋有效高度减小的不利影响,因此,体外预应力加固的二次效应是标准必须解决的问题,现有的研究给出的公式复杂,物理意义不明确,不便于写入规范,本规范采用了构造规定和计算相结合的方式考虑二次效应,当跨中预应力筋转向装置间距离小于梁高的10倍时,可以忽略二次效应的影响;当跨中预应力筋转向装置间距离大于梁高的10倍时,给出了附录B的简化计算方法。

2 混凝土结构体外预应力加固的二次受力名义压应力法

许多混凝土结构在加固前已经产生较大宽度的裂缝,体外预应力加固时裂缝要先闭合,然后产生预压应力,再经受外荷载时原来的裂缝重新开裂,施加预应力时的裂缝闭合原则、二次受力时的裂缝计算,都与新建结构的裂缝计算不同,本规程给出了以加固构件混凝土名义压应力为参数的裂缝闭合及重新开裂计算方法。二次效应和二次受力是体外预应力加固混凝土结构设计中遇到的技术难题,现有国家现有标准没有给出考虑方法,本规程给出的考虑方法具有创新性。

四、实施效果

(一)应用推广情况

在《规程》编制过程中,主编单位配合北京市建筑设计研究院进行了北京电子商务云数据分析中心体外预应力加固设计,施工过程中进行了现场的技术指导和预应力张拉过程的现场监测。

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图1 北京电子商务云数据分析中心(改造中)

北京电子商务云数据分析中心位于北京市大兴区,原来是金隅国际物流中心(图1),结构柱网为标准的井字梁次梁结构,单层建筑面积5100㎡,应用《规程》对单个建筑进行体外预应力加固,加固面积30000㎡,体外预应力加固造价仅仅为加大截面造价的30%,大幅度降低造价。

北京电子商务云数据分析中心设计、施工的实践证明,该标准可以指导体外预应力加固项目的结构设计、规范施工、确保施工质量。

《规程》颁布实施以来,该规程除对体外预应力加固混凝土结构进行指导规范外,对体外预应力加固钢结构、加固砌体结构也都起到指导和规范作用。

(二)效果情况

《规程》对混凝土结构、钢结构、砌体结构三类主要建筑结构,都给出了设计方法、施工方法和验收方法,能够全面指导建筑结构体外预应力加固工程的实施,应用效果良好。该标准在推广应用中能够与上游标准相协调,与国家节能减排政策相适应,与建筑行业从新建建筑到结构加固改造的转型相一致,具有先进的技术水平和良好的经济性,同时具有很好的可操作性。

五、特点与亮点

《规程》是建筑结构中一部专门针对体外预应力加固技术的标准,其特点与亮点包括:

是第一部转化为CECS团体标准的行业标准,建立了行业标准转化为团体标准的工作途径,为之后众多的标准转化建立了工作模式;

应用结构形式包括混凝土结构、钢结构、砌体结构,基本涵盖了建筑结构的主要结构形式;包括了材料、设计、施工和验收等内容,可以实现对于全建筑结构领域的体外预应力加固技术指导;

《规程》技术满足风电、桥梁结构等重要基础设施的体外预应力加固应用的需求,有力支撑国家重要基础设施安全,助力高质量城镇化进程。

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