混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)T2284

3.3混凝土柱加固設(shè)計(jì)3.3.1鋼筋混凝土柱常見(jiàn)問(wèn)題及原因分折一般來(lái)說(shuō)，柱子的破壞往往是突然的，破壞之前的征兆不很明顯，屬脆性破壞。因此，我們首先應(yīng)了解柱子的破壞特征和破壞原因，以及進(jìn)行必要的計(jì)算分析，隨后對(duì)柱子作出是否進(jìn)行加固的判斷。1.混凝土柱破壞特征鋼筋混凝土柱的兩類破壞形態(tài):受壓破壞(包括軸壓柱和小偏壓柱)；受拉破壞(大偏壓柱)。1）軸壓柱的破壞特征2）小偏心受心柱的破壞特征3）大偏心受壓柱的壞特征1）軸壓柱的破壞特征2）小偏心受心柱的破壞特征3）大偏心受壓柱的壞特征2.混凝土柱承載力不足的原因l)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤(如荷載漏算、截面偏小、計(jì)算錯(cuò)誤等)2)施工質(zhì)量差3)施工人員業(yè)務(wù)水平低下，工作責(zé)任心不強(qiáng)4)施工現(xiàn)場(chǎng)管理不善5)地基不均勻沉降6）商品混凝土問(wèn)題：罐車內(nèi)的混凝土已過(guò)初凝期潤(rùn)管砂漿問(wèn)題7）其他原因：火災(zāi)高溫將混凝土燒酥，并使鋼筋及混凝土強(qiáng)度下降；因遭車輛等突然撞擊，使柱子嚴(yán)重撞傷；因加層改造上部結(jié)構(gòu)，或改變使用功能使柱承受荷載增加等。

在了解混凝土柱的破壞特征、破壞原因，并作出需加固的判斷之后，應(yīng)根據(jù)柱子的外觀、驗(yàn)算結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)條件等因素選擇合適的加固方法，及時(shí)進(jìn)行加固?；炷林募庸谭椒ㄓ卸喾N，常用的有增大截面法、置換法、外粘型鋼法、外加預(yù)加應(yīng)力法。有時(shí)還采用卸除外載法和增加支撐法等。下面將分別對(duì)常用的加固方法進(jìn)行闡述。

3.3.2增大截面法加固混凝土柱1.方法不僅可提高原柱的承載力，還可降低柱子的長(zhǎng)細(xì)比，提高柱子的剛度。特別在抗震設(shè)防地區(qū)，這可使原來(lái)的強(qiáng)梁弱柱結(jié)構(gòu)變?yōu)橛欣诳拐鸬膹?qiáng)柱弱梁結(jié)構(gòu)。具體加固方法有四周外包、單面加厚和兩面加厚等加固方法(圖3.37)。

2構(gòu)造及施工要求在加固柱的設(shè)計(jì)和施工中，加強(qiáng)新舊柱之間的結(jié)合至關(guān)重要，要確保它們能整體工作。在加固柱的構(gòu)造設(shè)計(jì)及施工時(shí)，應(yīng)特別注意如下幾點(diǎn):1）當(dāng)采用四周外包混凝土加固法時(shí)，應(yīng)將原柱表面鑿毛，沖洗干凈，箍筋應(yīng)采用封閉箍（如圖3-38a、b所示），間距應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。2)當(dāng)采用單面或雙面增澆混凝土的方法加固時(shí)，應(yīng)將原柱表面鑿毛，凸凹不平度≥6mm，并應(yīng)采取下述構(gòu)造措施中的一種。①當(dāng)新澆層的混凝土較薄時(shí)，用短鋼筋將加固的受力鋼筋焊接在原柱的受力鋼筋上(如圖3-38c所示)。短鋼筋直徑不應(yīng)小于20mm，長(zhǎng)度不小于5d(d為新增縱筋和原有縱向直徑的較小值)，各短筋的中距≤50Omm。②當(dāng)新澆層混凝土較厚時(shí)，應(yīng)用U形箍筋固定縱向受力鋼筋，U形箍筋與原柱的連接可用焊接法(如圖3-38d所示)，也可用錨固法(如圖3-38e所示)。3)新增混凝土的最小厚度≥60mm，用噴射混凝土施工時(shí)不應(yīng)小于50mm。4)新增縱向受力鋼筋宜用帶肋鋼筋，最小直徑應(yīng)≥14mm，最大直徑應(yīng)≤25mm。5)新增縱向受力鋼筋應(yīng)錨入基礎(chǔ)，柱頂端應(yīng)有錨固措施?？蚣苤庸讨?，受拉鋼筋不得在樓板處切斷，受壓鋼筋應(yīng)有50％穿過(guò)樓板。新澆混凝土上部與大梁的底面間需確保密實(shí)，不得有縫隙。3受力特征征由于荷載載未卸除除，原柱柱存在一一定的壓壓縮變形形，另外外原柱混混凝土已已完成收收縮和徐徐變，導(dǎo)導(dǎo)致新加部分分的應(yīng)力力、應(yīng)變變滯后于于原柱的的應(yīng)力、、應(yīng)變。因此，，新舊柱柱不能同同時(shí)達(dá)到到應(yīng)力峰峰值，從從而降低低了新加加部分的的作用(圖3.39a)。試驗(yàn)表明明，只要要新舊柱柱結(jié)合面面粘結(jié)可可靠，在在后加荷荷載作用用下，新新舊混凝凝土的應(yīng)應(yīng)變?cè)隽苛炕疽灰恢?，整整個(gè)截面面的變形形符合平平截面假假定。對(duì)于大偏偏心受壓壓柱，新新加部分分承載力力的降低低不很顯顯著：新新加部分分位于構(gòu)構(gòu)件的邊邊緣，在在后加荷荷載作用用下，其其應(yīng)變發(fā)發(fā)展較原原柱快。。此外，，由于新新加部分分對(duì)原柱柱的約束束作用和和新舊柱柱之間的的應(yīng)力重重分布。。對(duì)于軸心心受壓柱柱，新舊舊混凝土土間存在在著明顯顯的應(yīng)力力重分布布。4截面承載載力計(jì)算算方法采用加大大截面法法加固鋼鋼筋混凝凝土柱時(shí)時(shí)，其承承載力計(jì)計(jì)算應(yīng)按按《混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》的基本規(guī)規(guī)定，并并考慮新新混凝土土與原柱柱的共同同工作。。下面計(jì)算算摘自《混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)加固固設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》5.4.1采用增大大截面加加固鋼筋筋混凝土土軸心受受壓構(gòu)件件（圖5.4.1）時(shí)，其其正截面面受壓承承載力應(yīng)應(yīng)按下式式確定：：圖5.4.1軸心受壓壓構(gòu)件增增大截面面加固（5.4.1）式中N——構(gòu)件加固固后的軸軸向壓力力設(shè)計(jì)值值；——構(gòu)件穩(wěn)定定系數(shù)，，根據(jù)加加固后的的截面尺尺寸寸，，按現(xiàn)行行國(guó)家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》GB50010的規(guī)定值采采用；和——構(gòu)件加固前前混凝土截截面面積和和加固后新新 增部部分混凝土土截面面積積；、——新增縱向鋼鋼筋和原縱縱向鋼筋的的抗壓強(qiáng)度度 設(shè)計(jì)計(jì)值；——新增縱向受受壓鋼筋的的截面面積積；——綜合考慮新新增混凝土土和鋼筋強(qiáng)強(qiáng)度利用程程度度的修正系系數(shù)，取值值為0.8。5.4.2采用增大截截面加固鋼鋼筋混凝土土偏心受壓壓構(gòu)件時(shí)，，其矩形截截面正截面面承載力應(yīng)應(yīng)按下列公公式確定（（圖5.4.2）：圖5.4.2矩形截面偏偏心受壓構(gòu)構(gòu)件加固的的計(jì)算注：當(dāng)為小小偏心受壓壓構(gòu)件時(shí)，，圖中σs0可能變向式中——新舊混凝土土組合截面面的混凝土土軸心抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)設(shè)計(jì)值，可可按確確定;、——分別為新舊舊混凝土軸軸心抗壓強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值值;——原構(gòu)件受拉拉邊或受壓壓較小邊縱縱向鋼筋應(yīng)應(yīng)力力;當(dāng)算得時(shí)時(shí),取;——受拉邊或受受壓較小邊邊的新增縱縱向鋼筋應(yīng)應(yīng)力力;當(dāng)算得時(shí)時(shí),取;——原構(gòu)件受拉拉邊或受壓壓較小邊縱縱向鋼筋截截面面面積積;——原構(gòu)件受壓壓較大邊縱縱向鋼筋截截面面積；；——偏心距，為為軸向壓力力設(shè)計(jì)值N的作用點(diǎn)至至新增增受拉鋼鋼筋合力點(diǎn)點(diǎn)的距離，，按本節(jié)第第5.4.3條確確定；——原構(gòu)件受拉拉邊或受壓壓較小邊縱縱向鋼筋合合力點(diǎn)到到加固固后截面近近邊的距離離；——原構(gòu)件受壓壓較大邊縱縱向鋼筋合合力點(diǎn)至加加固后截截面近近邊的距離離；——受拉邊或受受壓較小邊邊新增縱向向鋼筋合力力點(diǎn)至加加固后后截面近邊邊的距離；；——受壓較大邊邊新增縱向向鋼筋合力力點(diǎn)至加固固后截面面近邊邊的距離；；——受拉邊或受受壓較小邊邊新增縱向向鋼筋合力力點(diǎn)至加加固后后截面受壓壓較大邊緣緣的距離；；——原構(gòu)件截面面有效高度度。5.4.3偏心距e應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范范》GB50010的規(guī)定進(jìn)行行計(jì)算，但但其增大系系數(shù)η尚應(yīng)乘以下下列修正系系數(shù)ψη：1對(duì)圍套或其其他對(duì)稱形形式的加固固：當(dāng)e0/h≥0.3時(shí)：ψη＝1.1；當(dāng)e0/h＜0.3時(shí)：ψη＝1.2。2對(duì)非對(duì)稱形形式的加固固：當(dāng)e0/h≥0.3時(shí)：ψη＝1.2；當(dāng)e0/h＜0.3時(shí)：ψη＝1.3。例3-9某辦公樓為為九層雙跨跨鋼筋混凝凝土框剪結(jié)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)需需對(duì)該樓增增加二層，，經(jīng)復(fù)核發(fā)發(fā)現(xiàn)個(gè)別柱柱子須進(jìn)行行加固。下下面給出某某中柱的加加固計(jì)算。。1)原柱資料該該中柱柱截面尺寸寸為400mm×500mm。C20級(jí)混凝土，，配8ф18縱向鋼筋，，層高=6.5m。加層后該該柱為軸心心受壓構(gòu)件件，承受設(shè)設(shè)計(jì)軸向力力3600kN。2)加固方法軸軸心受受壓柱采用用四周外包包混凝土法法加固較為為有效。方方法為先將將原柱四周周面層混凝凝土鑿毛，，然后配置置箍筋及縱縱筋，并噴噴射50mm厚C25級(jí)細(xì)石混凝凝土。3)補(bǔ)配縱筋計(jì)計(jì)算柱計(jì)算長(zhǎng)度度=1.0H=6.5m查表=0.935由式（3-55）可得加固固鋼筋面積積為上述計(jì)算說(shuō)說(shuō)明，需加加大截面并并增補(bǔ)鋼筋筋，選用4ф14即可。例3-11某框架柱，，截面尺寸寸計(jì)計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度對(duì)稱配筋，，每邊4Ф20。承受軸力力原設(shè)計(jì)混凝凝土C35，實(shí)際強(qiáng)度度只達(dá)C20。要求進(jìn)行行加固設(shè)計(jì)計(jì)?！窘狻浚?）原柱承載載力驗(yàn)算：：求偏心距增增大系數(shù)η求受壓區(qū)換換算高度x，對(duì)偏心壓壓力N的作用點(diǎn)取取矩。表示該構(gòu)件件為大偏心心受壓。原柱能承擔(dān)擔(dān)極限內(nèi)力力柱子不安全全，必須加加固。（2）加固柱承承載力計(jì)算算：采用混凝土土圍套加固固（圖4-39）圍套厚度度強(qiáng)度等級(jí)為為C30，每邊配3Ф18，符合原假定定（滿足要求求）3.3.3外粘型鋼加加固混凝土土柱1.概述所謂外包鋼鋼加固，就就是在混凝凝土柱的四四角或兩面面包以型鋼鋼的一種加加固方法。。它的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是：構(gòu)件件的截面尺尺寸增加不不多，但混混凝土柱的的承載力可可有較大幅幅度提高。。對(duì)于方形形或矩形柱柱，大多在在四角包角角鋼，并在在橫向用綴綴板連成整整體，對(duì)于于圓柱、煙煙囪等圓形形構(gòu)件，多多用扁鋼加加套箍的辦辦法(如圖3-41所示)。在型鋼與原原柱間留有有一定間隔隔，并在其其間填塞乳乳膠水泥漿漿或環(huán)氧砂砂漿或澆灌灌細(xì)石混凝凝土，將兩兩者粘結(jié)成成一體的加加固方法稱稱為濕式外外包鋼加固固法(圖3-41)。經(jīng)外包鋼加加固后，混混凝土柱不不僅提高了了承載力，，又由于柱柱的核芯混混凝土受到到型鋼套箍箍和綴板的的約束，柱柱子的延性性也得到了了較大的提提高。2.外粘型鋼加加固設(shè)計(jì)采用外粘型鋼加固法時(shí)，，型鋼粘結(jié)結(jié)于原柱，，使原柱的的橫向變形形受到型鋼鋼骨架的約約束。同時(shí)時(shí)，混凝土土的橫向變變形又對(duì)型型鋼產(chǎn)生側(cè)側(cè)向擠壓，，使外粘型型鋼處于壓壓彎狀態(tài)，，導(dǎo)致型鋼鋼抗壓承載載力的降低低。此外，，如同上節(jié)節(jié)中的外包包混凝土加加固一樣，，后加的型型鋼亦存在在應(yīng)力滯后后現(xiàn)象，影影響型鋼作作用的充分分發(fā)揮。因因此，在外外粘鋼加固固設(shè)計(jì)時(shí)，，型鋼的設(shè)計(jì)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)予予折減。外粘鋼加固固柱的正截截面承載力力可以按整整截面計(jì)算算，但對(duì)外外粘型鋼的的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值應(yīng)乘以以折減系數(shù)數(shù)?；炷镣两Y(jié)構(gòu)加固固規(guī)范規(guī)定定，受壓邊邊角鋼的折減系數(shù)為為0.9。外粘鋼加固固柱的截面面剛度和承承載力的計(jì)計(jì)算方法。。1）截面剛度度外粘型鋼加加固柱的截截面剛度近近似地按下下式計(jì)算：：——分別為原構(gòu)構(gòu)件混凝土土和加固型型鋼的彈性性模量；——原構(gòu)件截面面慣性距；；——加固構(gòu)件一一側(cè)外粘型型鋼截面面面積；——受拉與受壓壓兩側(cè)型鋼鋼截面形心心間的距離離。2）軸心受壓壓柱的承載載力對(duì)于外粘型型鋼加固后后為軸心受受壓的柱，，截面承載載力可按下下式計(jì)算：：——新增型鋼強(qiáng)強(qiáng)度利用系系數(shù)，抗震震取=1.0，其余取0.9。3）偏心受壓壓柱的承載載力計(jì)算正截面承載載力可按下下式計(jì)算：：由于柱內(nèi)受受拉肢型鋼鋼存在應(yīng)力力滯后現(xiàn)象象，因此其其設(shè)計(jì)強(qiáng)度度應(yīng)予以折折減。同時(shí)時(shí)，為了計(jì)計(jì)算方便，，建議對(duì)拉拉、壓肢型型鋼取用相相同的強(qiáng)度度折減系數(shù)數(shù)0.9。在外粘型型鋼加固中中，外粘型型鋼一般都都采用對(duì)稱稱布置，由由圖3-42可得外粘型型鋼加固柱柱正截面承承載力計(jì)算算公式。即即當(dāng)原柱為對(duì)對(duì)稱配筋時(shí)時(shí)，式可進(jìn)進(jìn)一步簡(jiǎn)化化為：3.構(gòu)造要求混凝土柱采采用外包鋼鋼加固時(shí)，，應(yīng)符合下下列構(gòu)造要要求：1）外包角鋼鋼的邊長(zhǎng)不不宜小于25mm；綴板截面面不宜小于于25×3mm，間距不宜宜大于20r（r為單根角鋼鋼截面的最最小回轉(zhuǎn)半半徑），同同時(shí)不宜大大于500mm。2）外包角鋼鋼需通長(zhǎng)、、連續(xù)，在在穿過(guò)各層層樓板時(shí)不不得截?cái)?；；角鋼下端端?yīng)伸到基基礎(chǔ)頂面，，用環(huán)氧砂砂漿或環(huán)氧氧膠泥加以以粘錨（如如圖3-42所示）；角角鋼上端應(yīng)應(yīng)有足夠的的錨固長(zhǎng)度度，可能時(shí)時(shí)上端設(shè)置置與角鋼焊焊接的柱帽帽。3）當(dāng)采用環(huán)環(huán)氧樹(shù)脂化化學(xué)灌漿外外包鋼加固固時(shí)，綴板板應(yīng)緊貼混混凝土表面面，并與角角鋼平焊連連接。焊好好后，用環(huán)環(huán)氧將型鋼鋼周圍封閉閉，并留出出氣孔，再再進(jìn)行灌漿漿。4）當(dāng)采用乳乳膠水泥砂砂漿粘貼外外包鋼時(shí)，，綴板可焊焊于角鋼外外面。乳膠膠含量應(yīng)不不少于5％。5）型鋼表面面宜抹不小小于25mm厚的1:3水泥砂漿保保護(hù)層，亦亦可采用防防腐材料加加以保護(hù)。。華茂大廈3.3.4置換法加固固混凝土柱柱3.3.4.1概述受火災(zāi)或因因施工差錯(cuò)錯(cuò)等原因引引起混凝土土柱的強(qiáng)度度下降，承承載力不足足，需進(jìn)行行加固。有有時(shí)不宜增增大柱子尺尺寸，有時(shí)時(shí)只要進(jìn)行行局部加固固等都可采采用置換法法加固。3.3.4.2計(jì)算方法（1）軸心受壓壓構(gòu)件當(dāng)采采用局部置置換時(shí)，其其正截面承承載力按下下式計(jì)算：：(3-70)當(dāng)采用全截截面置換時(shí)時(shí)，其正截截面承載力力按下式計(jì)計(jì)算：(3-71)式中—構(gòu)件加固后后的軸向力力設(shè)計(jì)值；；—受壓桿穩(wěn)定定系數(shù)，按按現(xiàn)行國(guó)家家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》規(guī)定采用用；—保留部分分的混凝凝土強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值值；—置換部分分新混凝凝土強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值值；—保留部分分的混凝凝土截面面積；—置換部分分新混凝凝土截面面積；—置換部分分新混凝凝土強(qiáng)度度利用系系數(shù)，當(dāng)無(wú)支支頂施工工時(shí)，取取，，當(dāng)有支支頂施工工時(shí)，取取。。（2）當(dāng)采用用置換法法加固混混凝土偏偏心受壓壓構(gòu)件時(shí)時(shí)，其正正截面承承載力應(yīng)應(yīng)按下列列兩種情情況分別別計(jì)算：：1.壓區(qū)混凝凝土置換換深度時(shí)時(shí)，，按新混混凝土強(qiáng)強(qiáng)度，采采用現(xiàn)行行國(guó)家標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》的公式進(jìn)進(jìn)行正截截面承載載力計(jì)算算。2.壓區(qū)混凝凝土置換換深度時(shí)時(shí)，其其正截面面承載力力按下列列公式計(jì)計(jì)算：(3-72)(3-73)式中—構(gòu)件加固固后的軸軸向力設(shè)設(shè)計(jì)值；；—構(gòu)件置換換用混凝凝土的抗抗壓強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值值；—原構(gòu)件混混凝土抗抗壓強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值值；—加固后混混凝土受受壓區(qū)高高度；—縱向受拉拉鋼筋合合力中心心至置換換混凝土土形心的的距離；；—受拉區(qū)縱縱向鋼筋筋合力中中心至原原混凝土土形心的的距離；；、—受拉區(qū)、、受壓區(qū)區(qū)縱向鋼鋼筋截面面面積；；—矩形截面面的寬度度；—縱向受壓壓鋼筋合合力點(diǎn)至至受壓區(qū)區(qū)邊緣的的距離；；—縱向受壓壓鋼筋的的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)值；—縱向受拉拉鋼筋的的應(yīng)力。。（3）當(dāng)采用用置換法法加固鋼鋼筋混凝凝土受彎彎構(gòu)件時(shí)時(shí)，其正正截面承承載力應(yīng)應(yīng)按下列列兩種情情況分別別計(jì)算：：1.壓區(qū)混凝凝土置換換深度時(shí)時(shí)，，按新混混凝土強(qiáng)強(qiáng)度進(jìn)行行正截面面承載力力計(jì)算。。2.壓區(qū)混凝凝土置換換深度時(shí)時(shí)，其正正截面承承載力應(yīng)應(yīng)按下列列公式計(jì)計(jì)算：(3-74)式中—構(gòu)件加固固后的彎彎矩設(shè)計(jì)計(jì)值；其余符號(hào)號(hào)同前面面。3.3.4.3構(gòu)造規(guī)定定1.置換用混混凝土的的強(qiáng)度等等級(jí)應(yīng)按按實(shí)際計(jì)計(jì)算確定定，一般般應(yīng)比原原設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度等級(jí)級(jí)至少提提高一個(gè)個(gè)等級(jí)，，