外包型鋼加固法

1、外包型鋼加固法1. 外包型鋼加固法，按其與原構(gòu)件的連接方式分為：外粘結(jié)型鋼加固法和無(wú)粘結(jié)外包型鋼加固法；均適用于需要大幅度提高截面承載能力和抗震能力的鋼筋混凝土柱及梁的加固。但對(duì)使用環(huán)境的溫度和濕度有要求。外包鋼加固法的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)件截面尺寸增加不多，但其承載能力和抗震能力可大幅度提高；加固后原構(gòu)件上的混凝土因受外包鋼綴板的約束變成三向受力的約束混凝土，構(gòu)件的延性得到提高；施工不需要模板，施工速度較快。外包鋼加固法受使用環(huán)境限制，費(fèi)用較高，有時(shí)需要特制的夾具，同時(shí)外包鋼需進(jìn)行防腐處理，以提高耐久性。2.當(dāng)工程要求不使用結(jié)構(gòu)膠粘劑時(shí)，宜使用無(wú)粘結(jié)外包型鋼加固法(不使用結(jié)構(gòu)膠或僅使用水泥砂漿堵塞混凝土

2、與型鋼縫隙)，也稱干式外包型鋼加固法。其設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定:2.1當(dāng)原柱完好，但需提高其設(shè)計(jì)荷載時(shí)可按原柱與型鋼構(gòu)架共同承擔(dān)荷載進(jìn)行計(jì)算。此時(shí)，型鋼構(gòu)架與原柱所承受的外力，可按各自截面剛度比例進(jìn)行分配。柱加固后總承載力為型鋼構(gòu)架承載力與原柱承載力之和。2.2當(dāng)原柱尚能工作，但需降低原設(shè)計(jì)承載力時(shí)，原柱承載力降低程度由可靠性鑒定結(jié)果進(jìn)行確定；其不足部分由型鋼構(gòu)架承擔(dān)。2.3當(dāng)原柱存在不適合繼續(xù)承載的損傷或者嚴(yán)重缺陷時(shí)，可不考慮原柱的作用，全部荷載由型鋼骨架承擔(dān)。2.4型鋼骨架承載力按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算，并乘以與原柱協(xié)同工作的折減系數(shù)。注意：無(wú)粘結(jié)外包型鋼加固法，屬于組合結(jié)構(gòu)范疇；由于型鋼與原構(gòu)件

3、之間無(wú)有效連接，其所受的外力，只能按原柱和型鋼的剛度進(jìn)行分配，而不能視為復(fù)合構(gòu)件受力，很費(fèi)剛材，僅在不宜使用膠粘的場(chǎng)合使用。故型鋼加固主要以外粘型鋼加固法為主。3.外粘型鋼加固法的作用原理3.1對(duì)梁的加固對(duì)梁的加固，可理解成在加固混凝土梁的外圍，套一個(gè)彈性空間鋼桁架結(jié)構(gòu)組成的組合結(jié)構(gòu)，通過(guò)粘膠使梁與空間鋼桁架協(xié)同工作。采用粘鋼雙筋梁方案，粘鋼加固的計(jì)算鋼板面積亦是外套鋼桁架弦桿的用鋼面積，規(guī)整后參照構(gòu)造要求選擇型鋼型材，組成加固型鋼桁架的弦桿。對(duì)于加固梁，由于規(guī)范規(guī)定粘鋼板加固梁最多可允許承擔(dān)M1=1.4M0的彎矩內(nèi)力，其不足的部分M2=M-1.4M0可由外粘彈性型鋼材料的桁架承擔(dān)。由粘膠連接

4、使二者協(xié)同工作，因此當(dāng)組合結(jié)構(gòu)破壞時(shí)，梁和桁架都可達(dá)到極限狀態(tài)，其外粘型鋼加固粱的極限限承載力M=M1+M2梁的加固可按黏貼鋼板進(jìn)行計(jì)算，屬于第九章，故這里不介紹。3.2對(duì)柱的加固在柱的四角外粘型鋼，型鋼之間用正交的綴板焊接，并在型鋼及綴板與混凝土之間灌注結(jié)構(gòu)膠，使其形成整體共同工作。這個(gè)整體類似于外套豎向空間構(gòu)架組合結(jié)構(gòu)或相當(dāng)于型鋼勁性混凝土柱，其型鋼結(jié)構(gòu)自身具有較高的承載力。其次，型鋼對(duì)混凝土柱的外包，類似方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，一方面鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用使混凝土處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，從而提高了混凝土材料的強(qiáng)度和延性；另一方面核心混凝土阻止鋼管壁向內(nèi)屈曲，增強(qiáng)了柱體系的穩(wěn)定性和承載力。包鋼加

5、固柱是利用粘貼薄鋼板與角鋼組合的空間構(gòu)架對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加固，是在柱子一次受力后、具有一定應(yīng)力水平時(shí)加上去的，只有當(dāng)柱子二次受力時(shí)，包鋼結(jié)構(gòu)才對(duì)原混凝土柱產(chǎn)生被動(dòng)約束力。包鋼結(jié)構(gòu)在梁板樓蓋節(jié)點(diǎn)處往往在構(gòu)造上不能連續(xù)，梁柱節(jié)點(diǎn)處將成為加固的薄弱部位。注意：采用外包型鋼加固時(shí)，因采取措施卸除或大部分卸除作用在原結(jié)構(gòu)上的活荷載。4.外粘型鋼加固法采用結(jié)構(gòu)膠粘（如環(huán)氧樹脂）結(jié)混凝土構(gòu)件和型鋼構(gòu)架。采用這種方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，粘結(jié)后兩者能形成共同工作的復(fù)合截面構(gòu)件，因此采用這種方法不僅節(jié)約鋼材，而且將獲得更大承載力。所以，加固后的承載力和截面剛度按整截面計(jì)算，其截面剛度EI的近似值，可按下式計(jì)算：注意：本條所采

6、用的截面剛度近似計(jì)算公式與精確計(jì)算公式相比，僅省略型鋼繞自身軸的慣性矩，其所引起的計(jì)算誤差很小，可以忽略不計(jì)。計(jì)算過(guò)程如下：5.采用外粘型鋼加固鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件時(shí)，其正截面承載力計(jì)算公式如下：注意：1、查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，為了保持與偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算具有可靠的近似度，在上式右端乘以0.9。（不知道為什么，求老師解答） 2、考慮型鋼截面對(duì)混凝土約束作用而引入的承載力提高系數(shù)，與截面的形狀有關(guān)：對(duì)于圓形截面柱，取為1.15；高寬比不大于1.5，截面高度不大于600mm的矩形截面柱取1.1；不符合上述規(guī)定的矩形截面柱，取1.0?？紤]到型鋼結(jié)構(gòu)是二次受力結(jié)構(gòu)，存在應(yīng)變滯后的效應(yīng)，故型

7、鋼需要乘以強(qiáng)度利用系數(shù)，一般取0.9，抗震結(jié)構(gòu)取1.0。6、偏心受壓構(gòu)件新增參數(shù)的意義與軸心受壓構(gòu)建相同，這里就不再重復(fù)。7、施工工藝。主要步驟說(shuō)明1>.型鋼骨架的制作：型鋼骨架及鋼套箍的部件，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)按被加固構(gòu)件的實(shí)際外圍尺寸進(jìn)行制作。其部件上預(yù)鉆的孔洞和切口的位置、尺寸和數(shù)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙的要求。2>.界面處理：混凝土表面清理、打磨和糙化處理應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，清理和鑿毛不能打成溝槽：原構(gòu)件混凝土截面的棱角應(yīng)進(jìn)行圓化打磨；圓化半徑應(yīng)不小于7mm，磨圓的混凝土表面應(yīng)無(wú)松動(dòng)的骨料。3>型鋼骨架安裝：<3.1>乳膠水泥漿、水泥砂漿應(yīng)按設(shè)計(jì)要求配制。當(dāng)采用乳膠水泥漿濕式外

8、包型鋼時(shí)，應(yīng)在型鋼和混凝土貼合處分別涂抹乳膠水泥漿，厚度約5mm，然后立即將型鋼骨架貼合安裝，型鋼周邊應(yīng)有少量乳膠水泥擠出。<3.2>型鋼骨架各肢的安裝，應(yīng)采用專門的卡具以及鋼箍和墊片等箍緊、頂緊；安裝后的鋼骨架與原構(gòu)件表面應(yīng)緊貼，接觸面應(yīng)在80以上，鋼骨架無(wú)松動(dòng)和晃動(dòng)。<3.3>型鋼骨架各肢安裝就位后，應(yīng)與綴板、箍板以及其他連接件等進(jìn)行焊接。焊縫應(yīng)平直、均勻，無(wú)虛焊、漏焊，焊縫的質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50205)的要求。<3.4>用乳膠水泥漿或水泥砂漿粘貼濕式外包鋼施工，當(dāng)型鋼骨架焊接完成后，綴板及因施工造成型鋼骨架未填乳

9、膠砂漿或水泥砂漿的部位，按照原工藝及配比重新填實(shí)。4>注漿孔、排氣孔留置外包鋼采用環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿，型鋼骨架上注漿孔(一般在較低位置處設(shè)置)、排氣孔的位置與間距應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙的規(guī)定，在排氣孔上插上軟管作為排氣管，應(yīng)保證排氣管溢膠位置高于粘貼面。5>周邊密封按推薦比例稱取并調(diào)配封縫膠，用抹刀將型鋼、綴板周邊縫隙，螺栓周圍間隙用封縫膠密封，安裝在鋼架構(gòu)件上的注漿裝置，也應(yīng)用封縫膠粘結(jié)固定并密封其周邊，封縫膠固化后，應(yīng)進(jìn)行通氣試壓。注意參照封縫膠產(chǎn)品使用說(shuō)明書上標(biāo)明的可操作時(shí)間，并根據(jù)施工具體情況確定每次配膠量，以免造成不必要浪費(fèi)。一般來(lái)說(shuō)，密封施工1d(常溫)后即可進(jìn)行灌漿粘貼施工。6

10、>設(shè)備檢查注漿設(shè)備及其配套裝置在注膠前進(jìn)行適用性檢查和試壓(其流動(dòng)度和可灌性應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求)若達(dá)不到要求，應(yīng)查明原因，采取有效的措施。7>壓氣檢測(cè)封縫膠固化后，應(yīng)進(jìn)行壓氣試漏檢測(cè)，檢查封縫密閉效果，觀察注漿嘴之間的連通情況。在封縫膠處涂刷肥皂水。從進(jìn)漿嘴壓入壓縮空氣，壓力等于注漿壓力，觀察是否有漏氣的氣泡出現(xiàn)。若有漏氣，應(yīng)用封縫膠修補(bǔ)，直至無(wú)氣泡出現(xiàn)。若注漿嘴中氣壓達(dá)0.5MPa時(shí)某注漿嘴仍不通氣，則說(shuō)明該部位與其他注漿嘴未連通，應(yīng)重新埋設(shè)注漿嘴，并縮短其間距。8>灌注漿的配置9>壓力注漿 用合適的濯漿機(jī)具從注漿嘴壓力注入膠液，即以0.20.4MPa的壓力將環(huán)氧樹脂漿從

11、注漿孔壓入，注膠工作應(yīng)從一端開始，當(dāng)鄰近注膠嘴有膠液流出時(shí)，將當(dāng)前的注膠嘴封閉，移至出膠的注膠嘴繼續(xù)注膠。當(dāng)排氣管中有膠液流出時(shí)停止加壓，將排氣管彎折扎緊，用環(huán)氧膠泥堵塞排氣孔，再以較低壓力維持10min以上方可停止灌漿。注膠的同時(shí)用小錘敲擊型鋼、鋼板，由聲音判斷膠液流動(dòng)情況及膠液是否注滿。傾斜及垂直安裝的型鋼、鋼板要從最低位置開始注入。最后一個(gè)排氣管應(yīng)在維持注入壓力的情況下封堵，以防膠層脫空。施工中，注膠速度不宜過(guò)快，注膠先后順序應(yīng)合理，以防形成氣囊。10>固化養(yǎng)護(hù) 注膠施工后最初幾小時(shí)應(yīng)注意檢查是否有流膠現(xiàn)象，以防脫膠。各膠粘劑的固化期見產(chǎn)品說(shuō)明書，一般來(lái)說(shuō)，常溫(250度)下固化不

12、少于3d；固化溫度降低，固化時(shí)間應(yīng)相應(yīng)延長(zhǎng)。若固化溫度低于度，應(yīng)采取紅外線燈(或碘鎢燈)加熱等加溫措施或使用低溫固化改性產(chǎn)品。被加固產(chǎn)品固化期內(nèi)不得撞擊和振動(dòng)。1>防護(hù)層施工施工后，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理。但外抹砂漿保護(hù)層防腐時(shí)，為有利于砂漿粘結(jié)，可在鋼板表面粘結(jié)或外包一層鋼絲網(wǎng)，也可涂刮灌注膠后點(diǎn)粘一層豆石，最好在抹灰時(shí)涂刷一道混凝土界面劑。 構(gòu)造措施(1)外粘型鋼應(yīng)優(yōu)先選用角鋼，角鋼厚度不應(yīng)小于5mm。角鋼邊長(zhǎng)：對(duì)梁和桁架不應(yīng)小于50mm；對(duì)柱不應(yīng)小于75mm。沿梁、柱軸線方向，每隔一定距離用扁鋼制作的箍板或綴板與角鋼焊接。當(dāng)有樓板時(shí)，u形箍板或其附加的螺桿應(yīng)穿過(guò)樓板，與另加的條形

13、鋼板焊接，或嵌入樓板后予以膠錨(見圖138)。箍板與綴板均應(yīng)在注膠前與角鋼焊接。箍板或綴板截面積不應(yīng)小于40mm×4mm，其間距不應(yīng)大于20r(r為單根角鋼最小回轉(zhuǎn)半徑)，且不應(yīng)大于500mm，在節(jié)點(diǎn)區(qū)其間距應(yīng)適當(dāng)加密。(2)外粘型鋼的兩端應(yīng)有可靠的連接和錨固(見圖1-39)。為了保證力的可靠傳遞，外粘型鋼必須通長(zhǎng)、連續(xù)設(shè)置，中間不得斷開，若型鋼長(zhǎng)度受限制，應(yīng)通過(guò)焊接方法接長(zhǎng)。對(duì)柱的加固，角鋼下端應(yīng)錨固于基礎(chǔ)中，中間應(yīng)穿過(guò)各層樓板，上端應(yīng)伸至加固層的上一層樓板底或屋面板底；若相鄰兩層柱的尺寸不同，可將上下柱外粘型鋼交匯于樓面，并利用其內(nèi)外間隔嵌入厚度不小于10mm的鋼板焊成水平鋼柜，

14、與上下柱角鋼及上柱鋼箍外包鋼加固法外是在混凝土構(gòu)件四周包以型鋼的加固方法。對(duì)梁的加固，梁角鋼(或鋼板)應(yīng)與柱角鋼相互焊接。必要時(shí)，還可焊扁帶或鋼筋條，使柱兩側(cè)的梁相互連接見圖1-39(c)；對(duì)桁架的加固，角鋼應(yīng)伸過(guò)該桿件兩端的節(jié)點(diǎn)或設(shè)詈節(jié)點(diǎn)板將角鋼焊在節(jié)點(diǎn)板上。(3)當(dāng)按混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50367-2006)構(gòu)造要求采用外粘型鋼加固排架柱時(shí)，應(yīng)將加固的型鋼與原柱頭頂部的承壓鋼板相互焊接。對(duì)于二階柱，上下柱交接處及牛腿處的連接構(gòu)造應(yīng)予加強(qiáng)。(4)外包型鋼加固梁、柱時(shí)，應(yīng)將原構(gòu)件截面的棱角打磨成半徑r，>7mm的圓角。外包型鋼的注膠應(yīng)在型鋼構(gòu)架焊接完成后進(jìn)行。外包型鋼的膠縫厚度

15、宜控制在3-5mm；局部允許有長(zhǎng)度不大于300mm、厚度不大于8mm的膠縫，但不得出現(xiàn)在角鋼端部600mm范圍內(nèi)。(5)當(dāng)采用結(jié)構(gòu)膠壓漿進(jìn)行外包鋼加固時(shí)，綴板應(yīng)緊貼在混凝土表面，并與角鋼平焊連接。焊好后，應(yīng)用結(jié)構(gòu)膠將型鋼周圍封閉，并留出排氣孔，然后按有關(guān)方法進(jìn)行壓漿粘結(jié)。(6)當(dāng)采用乳膠水泥砂漿(乳膠含量應(yīng)不少于5)粘貼外包鋼時(shí)，綴板可焊于角鋼外面。(7)采用外包鋼加固混凝土構(gòu)件時(shí)，型鋼表面(包括混凝土表面)宜抹厚度不小于25mm的高強(qiáng)度等級(jí)水泥砂漿(應(yīng)加鋼絲網(wǎng)防裂)作防護(hù)層，亦可采用其他具有防腐蝕和防火性能的飾面材料加以保護(hù)。例題某商住樓鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)底層中柱，因結(jié)構(gòu)夾層，需承受軸向荷載

16、：恒載標(biāo)準(zhǔn)值Gk=1230KN,活荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qk=920KN。柱截面尺寸b=400mm,h=500mm,柱計(jì)算高度l0=5400mm?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C20，原柱對(duì)稱配筋6B18（A、S0=1526mm2）,環(huán)境類別為一類，要求對(duì)該柱進(jìn)行驗(yàn)算，如需加固進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。解：原結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算：查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范表7.3.1得，原柱極限承載力：不滿足要求，必須進(jìn)行加固后才允許進(jìn)行施工。因底層為商業(yè)店層，不允許加大截面，故可以采用外粘鋼法進(jìn)行加固。角鋼與綴板的連接采用焊接，角鋼與基礎(chǔ)連接部位綴板加密，節(jié)點(diǎn)處加寬綴板加強(qiáng)。加固示意圖如下所示：8.1.1外包型鋼加固法，按其與原構(gòu)件的連接方式分為：外粘結(jié)型鋼加固法和無(wú)粘結(jié)外包型鋼加固法；均適用于需要大幅度提高截面承載能力和抗震能力的鋼筋混凝土柱及梁的加固。8.1.2當(dāng)工程要求不使用結(jié)構(gòu)膠粘劑時(shí)，宜使用無(wú)粘結(jié)外包型鋼加固法，也稱干式外包型鋼加固法。其設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：1.當(dāng)原柱完好，但需提高其設(shè)計(jì)荷載時(shí)可按原柱與型鋼構(gòu)架共同承擔(dān)荷載進(jìn)行計(jì)算。此時(shí)，