大截面框架柱加固方法及案例总结

大截面框架柱加固方法及案例分析摘要：结合具体体工程实例，针针对几种常用用的框架结构构大截面柱加加固方法，对对比其各自的的特点，分别别说明了其适适用的情况。还还简要介绍了了一种新型的的增强纤维材材料，即碳纤纤维布用于此此类工程加固固的心方法，为为此类工程加加固设计提供供了参考。关键词：框架结结构；大截面面柱；加固1引言工程质量是关系系国家财产和和人民生命安安全的一件大大事。今年来来，我国连续续发生了几起起重大的工程程质量事故，引引起了全国上上下极大的关关注。1996年10月。建设部部组织召开了了全国建设工工程质量工作作会议，对工工程质量状况况进行了全面面分析，提出出了关注工程程质量综合治治理的措施。钢钢筋混凝土结结构是当前应应用最多的结结构型式，若若钢筋混凝土土结构由于种种种原因不能能满足安全性性、适用性、耐耐久性的要求求，且经过建建筑物可靠性性鉴定为c级或d级的，必须须进行补强加加固处理[11]。柱是建筑结构中中的基本受力力构件之一，气气承载力的大大小对结构的的俺去昂适用用起着至关重重要的作用。柱柱是压弯构件件，受很大的的轴力，这种种受力状态决决定了柱的延延性较小，而而作为结构的的主要承载部部分，柱子破破坏将引起严严重后果，不不易修复甚至至引起结构倒倒塌。为此，在在钢筋混凝土土框架设计中中，要控制梁梁柱的相对强强度，使塑性性铰先在梁端端出现，尽量量避免或减少少柱子中的塑塑性铰【2】。国内历次次大地震中，有有钢筋混凝土土柱失效造成成的震害是很很多的。我国国也是个多地地震国家，许许多地区都处处在地震区，在在这些地区中中，对建筑结结构进行抗震震加固，一级级对震损结构构的修补常常常是结构工程程师的主要工工作内容。在在抗震设计和和加固中，尤尤其要求对钢钢筋混凝土柱柱这一主要承承重构件进行行局部加强，使使其满足有关关承载力和延延性要求，这这就需要有一一些行之有效效的加固措施施。今年来随随着高层超高高建筑的兴起起，大截面柱柱应用越来越越多，本文结结合钢筋混凝凝土大截面柱柱加固的工程程实例，将其其较为常用的的加固方法进进行对比分析析，为今后这这种构件加固固及其进一步步的研究提供供参考【3】。2框架柱加固的的特点及常用用方法我国从50年代代就开始了结结构的加固处处理，及时年年来，国内许许多混凝土结结构的加固工工程实例，积积累了丰富的的实践经验。90年代初我国国即颁布了《混混凝土结构加加固技术规范范》（CECS225；9），总结了了我国成熟的的加固技术，适适用于多种原原因造成的结结构、构件的的补强加固处处理，对推动动加固技术的的发展起到很很大作用。而而无论从工厂厂应用还是从从接结构理论论上来看，柱柱的加固，近近年来尤其是是框架结构柱柱的加固，都都是结构加固固工程中一个个十分重要的的组成部分。造成钢筋混凝土土柱承载力不不够的原因大大致有设计错错误，施工粗粗糙，使用不不当，变更用用途径和遭遇遇自然灾害等等。框架结构构柱加固与新新建工程框架架结构的设计计不尽相同，主主要针对已建建的工程，受受客观条件所所约束，针对对具体现存条条件进行加固固设计与施工工。往往是在在不停产或尽尽量少停产的的条件下施工工，要求施工工速度快、工工期短。且施施工现场狭窄窄、拥挤，常常受生产设备备、管道和原原有结构的制制约，大型施施工机械难以以发挥作用，还还往往对原有有的和相邻的的结构、构件件有不良影响响。框架结构构柱加固施工工常分段、分分期进行，还还会因各种干干扰而中断，施施工较繁琐复复杂，并常常常存在许多不不安全因素。框框架结构柱加加固设计包括括原结构的验验算和加固设设计计算，要要求考虑新、旧旧接哦股强度度、刚度、适适用寿命的均均衡，以及新新、旧结构的的协调工作。有框架结构柱加加固工程的特特点，根据几几十年来建筑筑物加固的实实践经验，当当前常用的钢钢筋混凝土框框架结构柱加加固方法有：：改变结构传传力途径加固固法、预应力力加固法、加加大截面加固固法、外包钢钢加固法以及及粘贴碳纤维维加固法等。各各种加固方法法都有其各自自的优缺点及及适用范围，应应根据实际情情况加以选用用【4】。改变结构传力途途径加固法是是指通过增设设支点（柱或或托架）的办办法，使结构构受力体系（即即计算简图）得得以改变，从从而改善框架架柱受载及内内力情况的加加固方法。由由于增加了支支点，减小了了计算跨度，因因而能够较大大幅度的提高高柱的承载能能力，减小和和限制柱的变变形。此种方方法主要有增增设支点赫尔尔托梁拨柱法法两种形式。此此方法对框架架结构柱的补补强加固效果果较好，但对对建筑物的空空间使用影响响较大，且施施工复杂程度度也较高。预应力加固法即即用预应力型型钢撑杆对框框架结构柱进进行加固的方方法。可分为为单侧预应力力撑杆加固（适适用于偏心受受压柱加固）和和双侧预应力力撑杆加固（适适用于轴心受受压柱加固）。这这种加固方法法具有可预制制、减少净空空很少、基本本不要求停产产进行及施工工简便的优点点。但此种方方法不适用于于高温环境下下的混凝土结结构，另外需需要特别注意意尽量减少预预应力的损失失。加大截面加固法法即通过增大大框架结构柱柱的截面面积积和配筋，提提高其强度、刚刚度、稳定性性及抗裂性，满满足正常适用用要求。这种种加固方法的的缺点也是比比较显著，主主要是现场作作业工作量大大，等于生产产生活影响较较大及影响房房屋外观净空空等。、外包钢加固法即即在框架结构构柱四周以型型钢以提高其其承载力。又又可分为干式式和湿式两种种。干式外包包钢加固即将将型钢直接外外包于被加固固构件四周，型型钢于构件间间无任何连接接，或虽塞填填水泥砂浆但但仍不能满足足结合面剪力力传递要求。以以乳胶水泥或或环氧树脂化化学灌浆等方方法粘贴型钢钢时，称为湿湿式外包钢加加固。此种加加固方法优点点是可大幅度度提高柱承载载能力，施工工简便，工期期短。但外包包钢必须进行行防腐处理，防防止高温环境境，以提高其其耐久性。近年来，土木工工程领域出现现了各式各样样的新型材料料，如各种高高强度混凝土土，纤维增强强材料等。其其中碳纤维布布由于其强度度高、重量轻轻、耐腐蚀、耐耐久性好等诸诸多优点，在在混凝土结构构补强加固领领域的应用发发展尤为迅速速。碳纤维加加固法是指用用碳纤维布配配套用胶将碳碳纤维布粘贴贴于混凝土构构件表面的补补强方法。碳碳纤维布加固固钢筋混凝土土框架结构柱柱具有如下很很多的优点：：适用面广；；高强高效；；具有极佳的的耐腐蚀性、抗抗渗性及耐久久性能；抗疲疲劳性能和减减震性能好；；施工便捷、质质量易于保证证等。当然，此此种方法的理理论研究目前前还不是很成成熟，但无疑疑具有较为广广阔的应用前前景。3大截面柱加固固工程实例分分析下面我们通过一一工程实例，来来对框架结构构钢筋混凝土土大截面柱的的加固方法进进行对比分析析。某钢筋混混凝土框架结结构住宅楼，开开始拟建15层，设计施施工亦照此进进行。后欲加加建两层，改改为17层，因而需需采取牟宗加加固措施来提提高结构的承承载能力。本本文主要介绍绍一层柱的加加固，一层柱柱高3.8米，700*6600mm矩形截面，受受力纵筋为20根直径为25mm的钢筋，箍箍筋采用间距距为100mm直径为10mm的钢筋，混混凝土强度等等级为C30.考虑本工程的实实际情况，由由于此楼一层层为门面房，故故改变结构传传力途径加固固法、加大截截面加固法这这类影响房屋屋净空及外观观的方法就不不太实用。考考虑到新旧两两部分共同工工作的因素，本本工程采用预预应力撑杆加加固法由L0/b=66.3,查表可得：：=1，则原柱承承载力N0为【5】:N0=(1)加层后，设计荷荷载N共为105766KN，则需由撑撑杆承受的受受压承载力N2为：N2=N-N00=12333KN(2)则角钢截面积计计算为：==6523mmm2(3)选择4L11008，其截面积积为=68996mm2。实际提高高值为：N==13033KN(4))另外，选用轴心心间距为200mm宽为60mm厚为6mm的缀板，经经验符合要求求[6].采用横向张张拉，预压应应力控制值确确定为80Mpa。施工时为了保证证上述压应力力控制值，在在进行横向张张力的同时对对型钢撑杆的的应变进行实实时观测，至至应变如下数数值时结束张张拉：（5）按照上述加固方方案进行施工工，基本不影影响结构的净净空及外观，且且施工不简洁洁，不要求停停工，还可以以使新旧部分分能较好地共共同工作，可可其不失为此此类工程加固固的一种较为为实用的方法法。但是，我们可以以看到，对于于此类工程这这样的大截面面柱，加固前前柱的设计荷荷载就比较大大，而采用预预应力撑杆加加固法加固的的幅度相对来来说就显得较较低，撑杆的的承载力与整整个加固后的的柱子承载力力之比为1303//(13033+93433)=0.112。各种研究究和实验表明明，混凝土的的力学性能与与所处的应力力状态相关，对对静水压力较较为敏感，在在两向或三向向受压作用下下强度和延伸伸性有大幅度度提高，可考考虑减小缀板板间距，处理理好原柱于缀缀板间局部剪剪力传递，发发挥缀板约束束混凝土横向向变形的作用用。可根据《混混凝土结构设设计》（GBJ100-89）中如下公公式进行计算算：N=（6）其中，为混凝土土轴心抗压强强度，Acor为柱的的核心截面面面积，为所配配纵筋强度，为所配纵筋截面面积，为间接钢筋的截面面积，Asso为间接钢筋的换算截面面积，由下式计算：Asso=（7）其中，dcorr为柱的核心心直径，Assl为单根根间接钢筋的的截面面积，s为沿柱轴线线方向间接钢钢筋的间距。另外，可根据建建筑使用要求求，缠绕钢丝丝网，分层抹抹灰高强度水水泥砂浆。这这样不但利用用了撑杆直接接承受轴向力力，而且挖掘掘了撑杆结构构约束混凝土土柱横向变形形能力，充分分利用了加固固材料的作用用。钢丝网筒筒壳即可解决决撑杆防锈蚀蚀和防火的问问题，又能起起到箍紧混凝凝土柱子的作作用。通过约约束混凝土柱柱横向变形，提提高了核芯混混凝土的受压压强度，充分分发挥了原有有大截面框架架柱混凝土的的轴心抗压强强度，这样可可以增加柱的的受压承载能能力二到三倍倍。这是预应应力撑杆结构构法的改进，也也是其应用在在大截面框架架柱中优于其其他加固方法法的地方。但是，预应力撑撑杆加固法容容易导致预应应力受损，且且较难控制撑撑杆的预应力力值，易使被被加固构件的的上端产生应应力集中而出出现局部破坏坏。通常为防防止钢材因环环境潮湿而腐腐蚀导致承载载力下降的问问题，还要进进行定期的维维护，从而加加大了加固的的费用。前面提到，适用用碳纤维布加加固有许多独独特的优点，在在约束混凝土土方面也能够够收到很好的的效果。碳纤纤维布加固加加固钢筋混凝凝土柱的原理理是用粘贴剂剂把碳纤维布布粘贴在柱构构件的表面，约约束混凝土的的横向变形，从从而达到对柱柱构件补强加加固及改善构构件受力性能能的目的，其其受力机理累累死螺旋箍筋筋混凝土与钢钢管混凝土等等约束混凝土土。螺旋箍筋筋混凝土和钢钢管混凝土的的受力特点、破破坏过程及计计算公式等的的研究已经较较为成熟，而而碳纤维布加加固钢筋混凝凝土柱在正截截面受荷载时时的力、变形形与约束混凝凝土的情况是是一致的，可可以引用已有有的约束混凝凝土的分析方方法来讨论碳碳纤维布对钢钢筋混凝土柱柱的约束作用用。而且粘贴贴碳纤维布加加固法除了具具有预应力撑撑杆加固法的的各种优点外外，还可避免免预应力撑杆杆加固法的前前述弊端，无无疑是框架机机构钢筋混凝凝土大截面柱柱加固的一种种很有应用前前景的方法。碳纤维布就柱承承载力的初步步计算可找下下式进行：N=（8）其中，为含有纤纤维特征，为为反映碳纤维维相对用量的的一个与箍筋筋特征值相似似的无量纲量量，，为碳纤维布布与约束混凝凝土的体积比比，为实测混混凝土立方体体强度，为碳碳纤维的折剪剪抗拉强度，=2/3其中2/3为考虑到约束混凝土在达到极限强度时，实测碳纤维布的应变仅为其极限应变的2/3左右而引入的折剪系数。为柱的稳定系数，、Ac分别为混凝土的抗压强度设计值及柱的截面积，、分别为钢筋的抗压强度设计值及所配纵筋的面积。当然，粘贴纤维维布加固方法法还只是一种种新兴的尚不不成熟的加固固方式，其受受力原理，尤尤其是界面的的受力情况研研究还不是很很完善。另外外，一定要采采取足够的锚锚固措施，防防止碳纤维布布与混凝土的的粘贴面发生生剥离破坏，只只有这样，才才能高中碳纤纤维布加固能能取得预期的的效果【7】4结语本文结合工程实实例，针对框框架结构钢筋筋混凝土大截截面柱，对传传统的常用的的结构加固方方法进行了分分析对比，指指出了各种加加固方法的优优缺点及适用用情况，为今今后此类结构构柱的加固提提供了参考。此此外，本文还还介绍了碳纤纤维布这种新新型高强高效效材料，对框框架结构钢筋筋混凝土大截截面柱进行补补强加固这种种应用前景十十分广阔的新新型加固方法法，为工程加加固设计提供供了新的思路路。参考文献：[1]张有才才，段敬民.建筑物的检检测、鉴定、加加固与改造[M].北京：地震震出版社，1997[2]方鄂华，多多层及高层建建筑结构设计计[M].北京地震出出版社，1999..[3]DesiignanndCon