1、在木梁中施加预应力的方法研究摘要：在木梁中施加预应力，可以充分利用材料，减小构件变形。而高效的预应力施加方法是预应力木梁的核心技术，是预应力木结构能否在实际工程中广泛应用，近而投放市场的关键。现阶段的预应力施加方法主要有预弯法、打孔穿丝法、腹杆伸长法、张弦法以及两端螺栓伸长法等。这些方法虽各有所长，但存在的问题限制了其在木结构中的应用。本文提出了在木梁中施加预应力的丝扣拧张横向张拉法，该方法施工工艺简便，受力可靠，无需专业张拉设备，并且在使用过程中可以随时对预应力大小进行调整，有利于木材的高值利用，进而推动木结构的发展。 关键词：预应力木梁，预应力施加方法，丝扣拧张横向张拉法 中图分类号：TU
2、366.2 文献标识码：A 文章编号： 1.引言 木结构房屋由于节能、环保、安全、宜居等特点，受到了全世界人民的青睐。在欧美等发达国家，绝大多数的住宅和一半以上的低层商业建筑和公共建筑采用木结构1。预应力木梁作为木结构构件的一种，以其突出的优点在工程结构中受到广泛应用。在木梁中施加预应力，可以优化木材的受力状态，提高木梁的变形性能，改善木梁的破坏形态。形成预应力木梁，施加预应力的方法是关键，所以有必要对现在的方法充分研究并提出新方法。 现阶段的预应力施加方法包括预弯法2、穿丝张拉法3和端部张弦法4等，这些方法虽行之有效，但也存在一些问题。预弯法施工工艺简单，但建立的预应力数值较小，该方法更适合
3、加固改造工程；穿丝张拉法预应力筋线型受到限制，并且容易出现局压问题；端部张弦法在两木梁中间进行张弦，通过滚轮控制预应力筋线型，从而形成组合结构，受力合理，但需要专门设备，施工不便且不能在日后使用过程中进行调节，此外，如果所施加的预应力较大，滚轮处抗剪也存在隐患，需采取构造措施。 综上所述，目前还没有一种高效的预应力施加方法。但上述相关工艺的研究为本文的工作提供了强有力的技术支持，也说明本文的研究是可行且必要的。 本文在研究总结前人成果的基础上，提出了一种工艺简单，受力可靠，施工方便且在使用过程中随时调整的预应力施加方法丝扣拧张横向张拉法，该方法是预应力木结构系列产品能否工厂化生产，进而投放市场
4、的关键。 2.对木梁施加预应力的方法 目前，常见的预应力施加方法主要有：预弯法、打孔穿丝法、腹杆伸长法、张弦法以及两端螺栓伸长法。 2.1 预弯法 预弯法是通过千斤顶给木梁施加初始挠度，千斤顶下放置中空垫块，将钢板条穿过千斤顶，并与木梁涂胶粘贴，待钢板条与木梁粘牢后，释放千斤顶，从而对木梁施加预应力。预弯法工艺如图 1 所示。该方法施工工艺简单，但是木梁由反弯到复原的过程中，建立起来的预应力比直接施加在木梁上的预应力要小，不适用于要求高预应力的场合，对胶的要求较高。 图 1.预弯法示意图 2.2 打孔穿丝法 打孔穿丝法是在木梁两个端部的上端向梁跨中方向穿 3045的孔，再将钢筋穿过圆孔，并在钢
5、筋两端加固螺纹，最后通过螺帽拧紧钢筋来施加预应力。打孔穿丝法的施工工艺如图 2 所示。该方法对折线型预应力筋效果较好，但是在钢筋直径大时穿筋困难，且木梁端部及钢筋反弯点处存在局压问题，由于受施加预应力的方式限制，只能选用钢筋作为预应力筋，限制条件较多。 图 2. 打孔穿丝法示意图 2.3 腹杆伸长法 腹杆伸长法是在木梁下部设置短腹杆，该短腹杆设有螺纹可拧动伸长，腹杆与木梁接触部位设垫板，木梁两端通过设角钢实现与木梁可靠连接（螺栓连接或胶粘） ，钢板条与两端角钢焊接，最后伸长短腹杆，并塞入垫片，通过腹杆伸长施加预应力。腹杆伸长法的施工工艺如图 3 所示。该方法在腹杆处产生向上的集中力，使得预应力
6、的施加效果较好，但是梁高增大较多，影响了室内的净高尺寸，在工程中应用受到限制。 图 3. 腹杆伸长法示意图 2.4 张弦法 张弦法是在两木梁中部设置预应力钢筋，在距两端 1/41/3 处设置滚轮改变预应力筋方向，并且在木梁两个端部截面的上端设角钢，再将预应力筋穿过角钢，最后通过张拉预应力筋进而施加预应力。试验梁加载及支撑示意图如图 4 所示。锚具构造详图如图 5 所示。通过张弦法的预应力施加方法形成的预应力木梁可以形成组合结构，外观较好，但是受端部局压及滚轮处抗剪制约，施加预应力大小会受到限制。 图 4. 试验梁加载及支撑示意图 图 5. 锚具构造详图 2.5 两端螺栓伸长法 两端螺栓伸长法是
7、通过在木梁两端设钢板，实现与木梁可靠连接（粘贴或螺栓连接） ，将钢板条在木梁两端弯折，钢板条长度为梁长与 2倍梁高的和，钢板条上端通过小垫片与端部钢板焊接，钢板条打孔设置螺纹，梁跨中设 U 型箍固定钢板条，最后通过拧动螺栓使钢板条产生拉力，并塞入垫片。两端螺栓伸长法施工工艺如图 6 所示。该方法梁截面增大不多，如果端部构造能够保证，施加预应力的效果好。但是由于其施工工艺复杂而不能推广使用。 图 6. 两端螺栓伸长法示意图 以上的预应力施加方法虽行之有效，但存在各自的问题。因此有必要提出一种工艺简单，制造方便，且不需要专门张拉设备的新方法。 3. 丝扣拧张横向张拉法 丝扣拧张横向张拉的预应力施加
8、方法如图 7 所示，在具体施工时，又可分为无腹杆和有腹和两种方案，而且可以根据需要设置多个预应力筋弯折点，选择适当的预应力筋线型，预应力筋在梁端锚固，通过圆轮形成折线，以保证其线型，通过旋转螺帽带动螺杆转动使螺母沿着螺杆向下移动，从而带动与螺母相连的定滑轮横向拉动预应力筋施加预应力。无腹杆方案通过旋转丝扣施加预应力，压力通过梁两侧的胶合木传给顶部的受压区胶合木，最终形成预应力筋受拉，顶部胶合木受压，两侧胶合木传力的组合构件；有腹杆方案通过旋转六角形螺栓头，使套丝钢管上下移动，套丝钢管通过连接件与圆轮连接，从而施加预应力，压力通过腹杆传至受压区胶合木，最终形成预应力筋受拉，顶部胶合木受压，腹杆传
9、递压力的组合构件。 (a) 无腹杆方案 (b) 有腹杆方案 图 7. 丝扣拧张横向张拉法施加预应力示意图 丝扣拧张横向张拉法不仅工艺简便，受力可靠，这种方法还有两个突出优点：首先，由于采用了横向张拉，螺杆产生较小的位移就能使预应力筋产生较大的伸长，因此只需用丝扣拧张即可完成张拉过程，无需液压千斤顶等专业张拉设备。其次，在使用过程中可以随时对预应力大小进行调整，克服木材蠕变使木梁变形增大的现象。 4.结论 1）总结并分析了现阶段在木梁中施加预应力的方法，包括预弯法、打孔穿丝法、腹杆伸长法、张弦法以及两端螺栓伸长法等，这些方法虽然各有所长，但也有施工工艺复杂、施加预应力效果不好、对梁截面增大较多、
10、易产生局压、对材料要求高等缺点，限制了预应力技术在木结构中的应用； 2）提出了在木梁中施加预应力的丝扣拧张横向张拉法，该方法施工工艺简便，受力可靠，无需专业张拉设备，并且在使用过程中可以随时对预应力大小进行调整，有利于木材的高值利用，进而推动木结构的发展。 参考文献: 1 Josef Kolb. Multi-storey timber structureM. Switzerland:Birkhuser Basel, 2008, 188-200. 2 郝春荣. 木结构建筑在中国从中西木结构建筑的对比看中国木结构建筑的发展前景JNew Architecture. 2005, (5):4-7 3 任海青, 周海宾, 费本华, 吕建雄. 现代框架式木结构住宅建造技术探讨J林业科技，2006.31(2):56-59 4樊承谋. 木结构在我国的发展前景J. 建筑技术. 2003, 34(4):297-299
