大截面框架柱加固方法及案例總結

大截面框架柱加固方法及案例分析摘要：結合具體工程實例，針對幾種常用的框架結構大截面柱加固方法，對比其各自的特點，分別說明了其適用的情況。還簡要介紹了一種新型的增強纖維材料，即碳纖維布用于此類工程加固的心方法，為此類工程加固設計提供了參考。關鍵詞：框架結構；大截面柱；加固1引言工程質量是關系國家財產(chǎn)和人民生命安全的一件大事。今年來，我國連續(xù)發(fā)生了幾起重大的工程質量事故，引起了全國上下極大的關注。1996年10月。建設部組織召開了全國建設工程質量工作會議，對工程質量狀況進行了全面分析，提出了關注工程質量綜合治理的措施。鋼筋混凝土結構是當前應用最多的結構型式，若鋼筋混凝土結構由于種種原因不能滿足安全性、適用性、耐久性的要求，且經(jīng)過建筑物可靠性鑒定為c級或d級的，必須進行補強加固處理[1]。柱是建筑結構中的基本受力構件之一，氣承載力的大小對結構的俺去昂適用起著至關重要的作用。柱是壓彎構件，受很大的軸力，這種受力狀態(tài)決定了柱的延性較小，而作為結構的主要承載部分，柱子破壞將引起嚴重后果，不易修復甚至引起結構倒塌。為此，在鋼筋混凝土框架設計中，要控制梁柱的相對強度，使塑性鉸先在梁端出現(xiàn)，盡量避免或減少柱子中的塑性鉸【2】。國內(nèi)歷次大地震中，有鋼筋混凝土柱失效造成的震害是很多的。我國也是個多地震國家，許多地區(qū)都處在地震區(qū)，在這些地區(qū)中，對建筑結構進行抗震加固，一級對震損結構的修補常常是結構工程師的主要工作內(nèi)容。在抗震設計和加固中，尤其要求對鋼筋混凝土柱這一主要承重構件進行局部加強，使其滿足有關承載力和延性要求，這就需要有一些行之有效的加固措施。今年來隨著高層超高建筑的興起，大截面柱應用越來越多，本文結合鋼筋混凝土大截面柱加固的工程實例，將其較為常用的加固方法進行對比分析，為今后這種構件加固及其進一步的研究提供參考【3】。2框架柱加固的特點及常用方法我國從50年代就開始了結構的加固處理，及時年來，國內(nèi)許多混凝土結構的加固工程實例，積累了豐富的實踐經(jīng)驗。90年代初我國即頒布了《混凝土結構加固技術規(guī)范》（CECS25；9），總結了我國成熟的加固技術，適用于多種原因造成的結構、構件的補強加固處理，對推動加固技術的發(fā)展起到很大作用。而無論從工廠應用還是從接結構理論上來看，柱的加固，近年來尤其是框架結構柱的加固，都是結構加固工程中一個十分重要的組成部分。造成鋼筋混凝土柱承載力不夠的原因大致有設計錯誤，施工粗糙，使用不當，變更用途徑和遭遇自然災害等。框架結構柱加固與新建工程框架結構的設計不盡相同，主要針對已建的工程，受客觀條件所約束，針對具體現(xiàn)存條件進行加固設計與施工。往往是在不停產(chǎn)或盡量少停產(chǎn)的條件下施工，要求施工速度快、工期短。且施工現(xiàn)場狹窄、擁擠，常受生產(chǎn)設備、管道和原有結構的制約，大型施工機械難以發(fā)揮作用，還往往對原有的和相鄰的結構、構件有不良影響?？蚣芙Y構柱加固施工常分段、分期進行，還會因各種干擾而中斷，施工較繁瑣復雜，并常常存在許多不安全因素?？蚣芙Y構柱加固設計包括原結構的驗算和加固設計計算，要求考慮新、舊接哦股強度、剛度、適用壽命的均衡，以及新、舊結構的協(xié)調工作。有框架結構柱加固工程的特點，根據(jù)幾十年來建筑物加固的實踐經(jīng)驗，當前常用的鋼筋混凝土框架結構柱加固方法有：改變結構傳力途徑加固法、預應力加固法、加大截面加固法、外包鋼加固法以及粘貼碳纖維加固法等。各種加固方法都有其各自的優(yōu)缺點及適用范圍，應根據(jù)實際情況加以選用【4】。改變結構傳力途徑加固法是指通過增設支點（柱或托架）的辦法，使結構受力體系（即計算簡圖）得以改變，從而改善框架柱受載及內(nèi)力情況的加固方法。由于增加了支點，減小了計算跨度，因而能夠較大幅度的提高柱的承載能力，減小和限制柱的變形。此種方法主要有增設支點赫爾托梁撥柱法兩種形式。此方法對框架結構柱的補強加固效果較好，但對建筑物的空間使用影響較大，且施工復雜程度也較高。預應力加固法即用預應力型鋼撐桿對框架結構柱進行加固的方法。可分為單側預應力撐桿加固（適用于偏心受壓柱加固）和雙側預應力撐桿加固（適用于軸心受壓柱加固）。這種加固方法具有可預制、減少凈空很少、基本不要求停產(chǎn)進行及施工簡便的優(yōu)點。但此種方法不適用于高溫環(huán)境下的混凝土結構，另外需要特別注意盡量減少預應力的損失。加大截面加固法即通過增大框架結構柱的截面面積和配筋，提高其強度、剛度、穩(wěn)定性及抗裂性，滿足正常適用要求。這種加固方法的缺點也是比較顯著，主要是現(xiàn)場作業(yè)工作量大，等于生產(chǎn)生活影響較大及影響房屋外觀凈空等。、外包鋼加固法即在框架結構柱四周以型鋼以提高其承載力。又可分為干式和濕式兩種。干式外包鋼加固即將型鋼直接外包于被加固構件四周，型鋼于構件間無任何連接，或雖塞填水泥砂漿但仍不能滿足結合面剪力傳遞要求。以乳膠水泥或環(huán)氧樹脂化學灌漿等方法粘貼型鋼時，稱為濕式外包鋼加固。此種加固方法優(yōu)點是可大幅度提高柱承載能力，施工簡便，工期短。但外包鋼必須進行防腐處理，防止高溫環(huán)境，以提高其耐久性。近年來，土木工程領域出現(xiàn)了各式各樣的新型材料，如各種高強度混凝土，纖維增強材料等。其中碳纖維布由于其強度高、重量輕、耐腐蝕、耐久性好等諸多優(yōu)點，在混凝土結構補強加固領域的應用發(fā)展尤為迅速。碳纖維加固法是指用碳纖維布配套用膠將碳纖維布粘貼于混凝土構件表面的補強方法。碳纖維布加固鋼筋混凝土框架結構柱具有如下很多的優(yōu)點：適用面廣；高強高效；具有極佳的耐腐蝕性、抗?jié)B性及耐久性能；抗疲勞性能和減震性能好；施工便捷、質量易于保證等。當然，此種方法的理論研究目前還不是很成熟，但無疑具有較為廣闊的應用前景。3大截面柱加固工程實例分析下面我們通過一工程實例，來對框架結構鋼筋混凝土大截面柱的加固方法進行對比分析。某鋼筋混凝土框架結構住宅樓，開始擬建15層，設計施工亦照此進行。后欲加建兩層，改為17層，因而需采取牟宗加固措施來提高結構的承載能力。本文主要介紹一層柱的加固，一層柱高3.8米，700*600mm矩形截面，受力縱筋為20根直徑為25mm的鋼筋，箍筋采用間距為100mm直徑為10mm的鋼筋，混凝土強度等級為C30.考慮本工程的實際情況，由于此樓一層為門面房，故改變結構傳力途徑加固法、加大截面加固法這類影響房屋凈空及外觀的方法就不太實用。考慮到新舊兩部分共同工作的因素，本工程采用預應力撐桿加固法由L0/b=6.3,查表可得：=1，則原柱承載力N0為【5】:N0=(1)痛加層后，設計典荷觸載糧N蛾共外為端10576K委N康，則需由撐桿肝承受的受壓承刪載灘力雹N栽2誦為：雄N目2蛾=N-N遮0茄=1233K舅N共稿急匆(紗2)趙則角鋼截面積究計算為：仗=混=熔6523mm魔2反拔撤緊降(3)變選尼擇徑4L110道8符，其截面積為役=6896m呆m緩2裙。實際提高值證為：臺N=運=1303K伙N耗從跌巖(4)立另外，選用軸倚心間距倍為矮200m遼m懇寬賠為拋60m田m居厚廉為魂6m繞m豈的綴板，經(jīng)驗板符合要求撕[6]窮.雕采用橫向張拉炭，預壓應力控臘制值確定覆為座80Mp走a稻。膜施工時為了保訓證上述壓應力棍控制值，在進日行橫向張力的舍同時對型鋼撐閱桿的應變進行裹實時觀測，至府應變?nèi)缦聰?shù)值慰時結束張拉保：醉睛固是外必（得5氣）喪按照上述加固楊方案進行施工外，基本不影響秋結構的凈空及續(xù)外觀，且施工就不簡潔，不要籠求停工，還可賽以使新舊部分信能較好地共同伯工作，可其不循失為此類工程捧加固的一種較徑為實用的方法頂。杰但是，我們可物以看到，對于紡此類工程這樣業(yè)的大截面柱，隆加固前柱的設阿計荷載就比較魯大，而采用預肚應力撐桿加固倒法加固的幅度峰相對來說就顯都得較低，撐桿圾的承載力與整盛個加固后的柱梢子承載力之比個為完1303/(卵1303+9姨343)=0膀.1鞭2煎。各種研究和唱實驗表明，混繼凝土的力學性屆能與所處的應勵力狀態(tài)相關靈，對靜水壓力裹較為敏感，在旱兩向或三向受紡壓作用下強度英和延伸性有大扣幅度提高，可默考慮減小綴板虛間距，處理好搬原柱于綴板間蠅局部剪力傳遞荒，發(fā)揮綴板約牧束混凝土橫向忌變形的作用。艷可根據(jù)《混凝燒土結構設計》分（禾GBJ10-擺8秋9洽）中如下公式緊進行計算：什N=阿鵲充駕野斷（殲6料）室其中，頌為混凝土軸心誠抗壓強度仇，移A亭cor券為柱的核心截挨面面積，竹為所配縱筋強蒼度，擋為所配縱筋截占面面積，區(qū)為間接鋼筋的勺截面面積售，戶A諷sso吐為間接鋼筋的傅換算截面面積遼，由下式計算鳴：忽A網(wǎng)sso記=粥編宇宿吩佳駁（尼7件）喪其中窄，牲d永cor管為柱的核心直更徑氏，情A橋ssl提為單根間接鋼舊筋的截面面積顯，雄s磚為沿柱軸線方斑向間接鋼筋的害間距。笨另外，可根據(jù)銀建筑使用要求燕，纏繞鋼絲網(wǎng)再，分層抹灰高宵強度水泥砂漿騙。這樣不但利們用了撐桿直接頸承受軸向力，傭而且挖掘了撐念桿結構約束混路凝土柱橫向變民形能力，充分晴利用了加固材僅料的作用。鋼遞絲網(wǎng)筒殼即可膛解決撐桿防銹盯蝕和防火的問脫題，又能起到寨箍緊混凝土柱答子的作用。通便過約束混凝土惰柱橫向變形憂，提高了核芯潮混凝土的受壓羊強度，充分發(fā)價揮了原有大截澆面框架柱混凝阻土的軸心抗壓凳強度，這樣可揉以增加柱的受劍壓承載能力二干到三婦倍。這是預應俘力撐桿結構法桑的改進，也是城其應用在大截劃面框架柱中優(yōu)笨于其他加固方宇法的地方。啞但是，預應力歪撐桿加固法容閘易導致預應力登受損，且較難爆控制撐桿的預角應力值，易使座被加固構件的希上端產(chǎn)生應力碎集中而出現(xiàn)局索部破壞。通常勾為防止鋼材因砌環(huán)境潮濕而腐匠蝕導致承載力襲下降的問題，判還要進行定期威的維護，從而耗加大了加固的伐費用。罷前面提到，適歐用碳纖維布加膏固有許多獨特飛的優(yōu)點，在約蜻束混凝土方面緊也能夠收到很害好的效果。碳歲纖維布加固加孔固鋼筋混凝土鄰柱的原理是用篩粘貼劑把碳纖叫維布粘貼在柱委構件的表面，聽約束混凝土的飄橫向變形，從污而達到對仿柱構件補強加析固及改善構件星受力性能的目蕩的，其受力機叮理累死螺旋箍蠟筋混凝土與鋼噴管混凝土等約涌束混凝土。螺防旋箍筋混凝土薦和鋼管混凝土助的受力特點、斑破壞過程及計糟算公式等的研惜究已經(jīng)較為成特熟，而碳纖維圍布加固鋼筋混壽凝土柱在正截鞭面受荷載時的江力、變形與約糞束混凝土的情突況是一致的，拴可以引用已有蟻的約束混凝土吹的分析方法來板討論碳纖維布執(zhí)對鋼筋混凝土挨柱的約束作用魔。而且粘貼碳六纖維布加固法泉除了具有預應掉力撐桿加固法扯的各種優(yōu)點外并，還可避免預急應力撐桿加固扣法的前述弊端地，無疑是框架丘機構鋼筋混凝距土大截面柱加餓固的一種很有悲應用前景的方爭法。獎碳纖維布就柱謙承載力的初步信計算可找下式競進行：買N=府際村薪詳（姜8侄）爭其中，波為含有纖維特彼征，為反映碳井纖維相對用量誰的一個與箍筋鴉特征值相似的挽無量綱量，望，落為碳纖維布與禽約束混凝土的聯(lián)體積比，訊為實測混凝土炎立方體強度，打為碳纖維的折誠剪抗拉強度，棵=2成/療3灑其容中暫2/循3狼為考慮到約束霉混凝土在達到挎極限強度時，拔實測碳纖維布薦的應變僅為其彩極限應變產(chǎn)的煉2/粉3寧左右而引入的慨折剪系數(shù)。勒為柱的穩(wěn)定系事數(shù)，終、吉A倦c漂分別為混凝土置的抗壓強度設國計值及柱的截序面積，尖、聯(lián)分別為鋼筋的稠抗壓強度設計仆值及所配縱筋浪的面積。貓當然，粘貼纖汪維布加固方法飯還只是一種新己興的尚不成熟杰的加固方式，咳其受力原理，悄尤其是界面的轉受力情況研究夢還不是很完善牲。另外，一定擁要采取足夠的當錨固措施，防敲止碳纖維布與哨混凝土的粘貼杰面發(fā)生剝離破謀壞，只有這樣劇，才能高中碳托纖維布加固能眼取得預期的效攔果責【控7教】4結語動本文結合工程鋸實例，針對框足架結構鋼筋混棟凝土大截面柱球，對傳統(tǒng)的常屢用的結構加固膽方法進行了分打析對比，指出驢了各種加固方淡法的優(yōu)缺點及窄適用情況，為駝今后此類結構暴柱的加固提供貢了參考。此外籃，本文還它介紹了碳纖維拳布這種新型高抗強高效材料，損對框架結構鋼話筋混凝土大截濤面柱進行補強避加固這種應用嶼前景十分廣闊括的新型加固方懼法，為工程加腔固設計提供了取新的思路。參考文獻：羊[1]職援張有才，段敬施民理.踢建筑物的檢測侵、鑒定、加固瞧與改蹤造盲[M]溜.廟北京：地震出化版社恢，個1997墳[2僻]肝方鄂華，多層絹及高層建筑結欠構設瞇計壓[M]償.肺北京地震出版繡社鍬，昂1999.荒[3]Des克ignan叉dCons躍tructi漁onFai饞lures-濁Lesson鑼from資Forens樓icInv坐es