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大截面框架柱加固方法及案例分析摘要:结合具体工程实例,针对几种常用的框架结构大截面柱加固方法,对比其各自的特点,分别说明了其适用的情况。还简要介绍了一种新型的增强纤维材料,即碳纤维布用于此类工程加固的心方法,为此类工程加固设计提供了参考。关键词:框架结构;大截面柱;加固1引言工程质量是关系国家财产和人民生命安全的一件大事。今年来,我国连续发生了几起重大的工程质量事故,引起了全国上下极大的关注。1996年10月。建设部组织召开了全国建设工程质量工作会议,对工程质量状况进行了全面分析,提出了关注工程质量综合治理的措施。钢筋混凝土结构是当前应用最多的结构型式,若钢筋混凝土结构由于种种原因不能满足安全性、适用性、耐久性的要求,且经过建筑物可靠性鉴定为c级或d级的,必须进行补强加固处理[1]。柱是建筑结构中的基本受力构件之一,气承载力的大小对结构的俺去昂适用起着至关重要的作用。柱是压弯构件,受很大的轴力,这种受力状态决定了柱的延性较小,而作为结构的主要承载部分,柱子破坏将引起严重后果,不易修复甚至引起结构倒塌。为此,在钢筋混凝土框架设计中,要控制梁柱的相对强度,使塑性铰先在梁端出现,尽量避免或减少柱子中的塑性铰【2】。国内历次大地震中,有钢筋混凝土柱失效造成的震害是很多的。我国也是个多地震国家,许多地区都处在地震区,在这些地区中,对建筑结构进行抗震加固,一级对震损结构的修补常常是结构工程师的主要工作内容。在抗震设计和加固中,尤其要求对钢筋混凝土柱这一主要承重构件进行局部加强,使其满足有关承载力和延性要求,这就需要有一些行之有效的加固措施。今年来随着高层超高建筑的兴起,大截面柱应用越来越多,本文结合钢筋混凝土大截面柱加固的工程实例,将其较为常用的加固方法进行对比分析,为今后这种构件加固及其进一步的研究提供参考【3】。2框架柱加固的特点及常用方法我国从50年代就开始了结构的加固处理,及时年来,国内许多混凝土结构的加固工程实例,积累了丰富的实践经验。90年代初我国即颁布了《混凝土结构加固技术规范》(CECS25;9),总结了我国成熟的加固技术,适用于多种原因造成的结构、构件的补强加固处理,对推动加固技术的发展起到很大作用。而无论从工厂应用还是从接结构理论上来看,柱的加固,近年来尤其是框架结构柱的加固,都是结构加固工程中一个十分重要的组成部分。造成钢筋混凝土柱承载力不够的原因大致有设计错误,施工粗糙,使用不当,变更用途径和遭遇自然灾害等。框架结构柱加固与新建工程框架结构的设计不尽相同,主要针对已建的工程,受客观条件所约束,针对具体现存条件进行加固设计与施工。往往是在不停产或尽量少停产的条件下施工,要求施工速度快、工期短。且施工现场狭窄、拥挤,常受生产设备、管道和原有结构的制约,大型施工机械难以发挥作用,还往往对原有的和相邻的结构、构件有不良影响。框架结构柱加固施工常分段、分期进行,还会因各种干扰而中断,施工较繁琐复杂,并常常存在许多不安全因素。框架结构柱加固设计包括原结构的验算和加固设计计算,要求考虑新、旧接哦股强度、刚度、适用寿命的均衡,以及新、旧结构的协调工作。有框架结构柱加固工程的特点,根据几十年来建筑物加固的实践经验,当前常用的钢筋混凝土框架结构柱加固方法有:改变结构传力途径加固法、预应力加固法、加大截面加固法、外包钢加固法以及粘贴碳纤维加固法等。各种加固方法都有其各自的优缺点及适用范围,应根据实际情况加以选用【4】。改变结构传力途径加固法是指通过增设支点(柱或托架)的办法,使结构受力体系(即计算简图)得以改变,从而改善框架柱受载及内力情况的加固方法。由于增加了支点,减小了计算跨度,因而能够较大幅度的提高柱的承载能力,减小和限制柱的变形。此种方法主要有增设支点赫尔托梁拨柱法两种形式。此方法对框架结构柱的补强加固效果较好,但对建筑物的空间使用影响较大,且施工复杂程度也较高。预应力加固法即用预应力型钢撑杆对框架结构柱进行加固的方法。可分为单侧预应力撑杆加固(适用于偏心受压柱加固)和双侧预应力撑杆加固(适用于轴心受压柱加固)。这种加固方法具有可预制、减少净空很少、基本不要求停产进行及施工简便的优点。但此种方法不适用于高温环境下的混凝土结构,另外需要特别注意尽量减少预应力的损失。加大截面加固法即通过增大框架结构柱的截面面积和配筋,提高其强度、刚度、稳定性及抗裂性,满足正常适用要求。这种加固方法的缺点也是比较显著,主要是现场作业工作量大,等于生产生活影响较大及影响房屋外观净空等。、外包钢加固法即在框架结构柱四周以型钢以提高其承载力。又可分为干式和湿式两种。干式外包钢加固即将型钢直接外包于被加固构件四周,型钢于构件间无任何连接,或虽塞填水泥砂浆但仍不能满足结合面剪力传递要求。以乳胶水泥或环氧树脂化学灌浆等方法粘贴型钢时,称为湿式外包钢加固。此种加固方法优点是可大幅度提高柱承载能力,施工简便,工期短。但外包钢必须进行防腐处理,防止高温环境,以提高其耐久性。近年来,土木工程领域出现了各式各样的新型材料,如各种高强度混凝土,纤维增强材料等。其中碳纤维布由于其强度高、重量轻、耐腐蚀、耐久性好等诸多优点,在混凝土结构补强加固领域的应用发展尤为迅速。碳纤维加固法是指用碳纤维布配套用胶将碳纤维布粘贴于混凝土构件表面的补强方法。碳纤维布加固钢筋混凝土框架结构柱具有如下很多的优点:适用面广;高强高效;具有极佳的耐腐蚀性、抗渗性及耐久性能;抗疲劳性能和减震性能好;施工便捷、质量易于保证等。当然,此种方法的理论研究目前还不是很成熟,但无疑具有较为广阔的应用前景。3大截面柱加固工程实例分析下面我们通过一工程实例,来对框架结构钢筋混凝土大截面柱的加固方法进行对比分析。某钢筋混凝土框架结构住宅楼,开始拟建15层,设计施工亦照此进行。后欲加建两层,改为17层,因而需采取牟宗加固措施来提高结构的承载能力。本文主要介绍一层柱的加固,一层柱高3.8米,700*600mm矩形截面,受力纵筋为20根直径为25mm的钢筋,箍筋采用间距为100mm直径为10mm的钢筋,混凝土强度等级为C30.考虑本工程的实际情况,由于此楼一层为门面房,故改变结构传力途径加固法、加大截面加固法这类影响房屋净空及外观的方法就不太实用。考虑到新旧两部分共同工作的因素,本工程采用预应力撑杆加固法由L0/b=6.3,查表可得:=1,则原柱承载力N0为【5】:N0=(1)痛加层后,设计典荷触载粮N蛾共外为端10576K委N康,则需由撑杆肝承受的受压承删载滩力雹N栽2诵为:雄N目2蛾=N-N遮0茄=1233K舅N共稿急匆(纱2)赵则角钢截面积究计算为:仗=混=熔6523mm魔2反拔撤紧降(3)变选尼择径4L110道8符,其截面积为役=6896m呆m缓2裙。实际提高值证为:台N=运=1303K伙N耗从跌岩(4)立另外,选用轴倚心间距倍为矮200m辽m恳宽赔为抛60m田m居厚廉为魂6m绕m岂的缀板,经验板符合要求撕[6]穷.雕采用横向张拉炭,预压应力控腊制值确定覆为座80Mp走a稻。膜施工时为了保训证上述压应力棍控制值,在进日行横向张力的舍同时对型钢撑阅杆的应变进行裹实时观测,至府应变如下数值慰时结束张拉保:醉睛固是外必(得5气)丧按照上述加固杨方案进行施工外,基本不影响秋结构的净空及续外观,且施工就不简洁,不要笼求停工,还可赛以使新旧部分信能较好地共同伯工作,可其不循失为此类工程捧加固的一种较径为实用的方法顶。杰但是,我们可物以看到,对于纺此类工程这样业的大截面柱,隆加固前柱的设阿计荷载就比较鲁大,而采用预肚应力撑杆加固倒法加固的幅度峰相对来说就显都得较低,撑杆圾的承载力与整盛个加固后的柱梢子承载力之比个为完1303/(卵1303+9姨343)=0膀.1鞭2煎。各种研究和唱实验表明,混继凝土的力学性届能与所处的应励力状态相关灵,对静水压力裹较为敏感,在旱两向或三向受纺压作用下强度英和延伸性有大扣幅度提高,可默考虑减小缀板虚间距,处理好搬原柱于缀板间蝇局部剪力传递荒,发挥缀板约牧束混凝土横向忌变形的作用。艳可根据《混凝烧土结构设计》分(禾GBJ10-摆8秋9洽)中如下公式紧进行计算:什N=阿鹊充驾野断(歼6料)室其中,颂为混凝土轴心诚抗压强度仇,移A亭cor券为柱的核心截挨面面积,竹为所配纵筋强苍度,挡为所配纵筋截占面面积,区为间接钢筋的勺截面面积售,户A讽sso吐为间接钢筋的傅换算截面面积辽,由下式计算鸣:忽A网sso记=粥编宇宿吩佳驳(尼7件)丧其中窄,牲d永cor管为柱的核心直更径氏,情A桥ssl提为单根间接钢旧筋的截面面积显,雄s砖为沿柱轴线方斑向间接钢筋的害间距。笨另外,可根据银建筑使用要求燕,缠绕钢丝网再,分层抹灰高宵强度水泥砂浆骗。这样不但利们用了撑杆直接颈承受轴向力,佣而且挖掘了撑念杆结构约束混路凝土柱横向变民形能力,充分晴利用了加固材仅料的作用。钢递丝网筒壳即可膛解决撑杆防锈盯蚀和防火的问脱题,又能起到寨箍紧混凝土柱答子的作用。通便过约束混凝土惰柱横向变形忧,提高了核芯潮混凝土的受压羊强度,充分发价挥了原有大截浇面框架柱混凝阻土的轴心抗压凳强度,这样可揉以增加柱的受剑压承载能力二干到三妇倍。这是预应俘力撑杆结构法桑的改进,也是城其应用在大截划面框架柱中优笨于其他加固方宇法的地方。哑但是,预应力歪撑杆加固法容闸易导致预应力登受损,且较难爆控制撑杆的预角应力值,易使座被加固构件的希上端产生应力碎集中而出现局索部破坏。通常勾为防止钢材因砌环境潮湿而腐匠蚀导致承载力袭下降的问题,判还要进行定期威的维护,从而耗加大了加固的伐费用。罢前面提到,适欧用碳纤维布加膏固有许多独特飞的优点,在约蜻束混凝土方面紧也能够收到很害好的效果。碳岁纤维布加固加孔固钢筋混凝土邻柱的原理是用筛粘贴剂把碳纤叫维布粘贴在柱委构件的表面,听约束混凝土的飘横向变形,从污而达到对仿柱构件补强加析固及改善构件星受力性能的目荡的,其受力机叮理累死螺旋箍蜡筋混凝土与钢喷管混凝土等约涌束混凝土。螺防旋箍筋混凝土荐和钢管混凝土助的受力特点、斑破坏过程及计糟算公式等的研惜究已经较为成特熟,而碳纤维围布加固钢筋混寿凝土柱在正截鞭面受荷载时的江力、变形与约粪束混凝土的情突况是一致的,拴可以引用已有蚁的约束混凝土吹的分析方法来板讨论碳纤维布执对钢筋混凝土挨柱的约束作用魔。而且粘贴碳六纤维布加固法泉除了具有预应掉力撑杆加固法扯的各种优点外并,还可避免预急应力撑杆加固扣法的前述弊端地,无疑是框架丘机构钢筋混凝距土大截面柱加饿固的一种很有悲应用前景的方争法。奖碳纤维布就柱谦承载力的初步信计算可找下式竞进行:买N=府际村薪详(姜8侄)争其中,波为含有纤维特彼征,为反映碳井纤维相对用量谁的一个与箍筋鸦特征值相似的挽无量纲量,望,落为碳纤维布与禽约束混凝土的联体积比,讯为实测混凝土炎立方体强度,打为碳纤维的折诚剪抗拉强度,棵=2成/疗3洒其容中暂2/循3狼为考虑到约束霉混凝土在达到挎极限强度时,拔实测碳纤维布荐的应变仅为其彩极限应变产的炼2/粉3宁左右而引入的慨折剪系数。勒为柱的稳定系事数,终、吉A倦c漂分别为混凝土置的抗压强度设国计值及柱的截序面积,尖、联分别为钢筋的稠抗压强度设计仆值及所配纵筋浪的面积。猫当然,粘贴纤汪维布加固方法饭还只是一种新己兴的尚不成熟杰的加固方式,咳其受力原理,悄尤其是界面的转受力情况研究梦还不是很完善牲。另外,一定拥要采取足够的当锚固措施,防敲止碳纤维布与哨混凝土的粘贴杰面发生剥离破谋坏,只有这样剧,才能高中碳托纤维布加固能眼取得预期的效拦果责【控7教】4结语动本文结合工程锯实例,针对框足架结构钢筋混栋凝土大截面柱球,对传统的常屡用的结构加固胆方法进行了分打析对比,指出驴了各种加固方淡法的优缺点及窄适用情况,为驼今后此类结构暴柱的加固提供贡了参考。此外篮,本文还它介绍了碳纤维拳布这种新型高抗强高效材料,损对框架结构钢话筋混凝土大截涛面柱进行补强避加固这种应用屿前景十分广阔括的新型加固方惧法,为工程加腔固设计提供了取新的思路。参考文献:羊[1]职援张有才,段敬施民理.踢建筑物的检测侵、鉴定、加固瞧与改踪造盲[M]溜.庙北京:地震出化版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