混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計四

3.3混凝土柱加固設(shè)計3.3.1鋼筋混凝土柱常見問題及原因分折一般來說，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，以及進行必要的計算分析，隨后對柱子作出是否進行加固的判斷。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)計錯誤(如荷載漏算、截面偏小、計算錯誤等)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4)施工現(xiàn)場管理不善5)地基不均勻沉降6）商品混凝土問題：罐車內(nèi)的混凝土已過初凝期潤管砂漿問題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度下降；因遭車輛等突然撞擊，使柱子嚴重撞傷；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、驗算結(jié)果以及現(xiàn)場條件等因素選擇合適的加固方法，及時進行加固?；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。有時還采用卸除外載法和增加支撐法等。下面將分別對常用的加固方法進行闡述。

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，還可降低柱子的長細比，提高柱子的剛度。特別在抗震設(shè)防地區(qū)，這可使原來的強梁弱柱結(jié)構(gòu)變?yōu)橛欣诳拐鸬膹娭趿航Y(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)計和施工中，加強新舊柱之間的結(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)計及施工時，應(yīng)特別注意如下幾點:1）當(dāng)采用四周外包混凝土加固法時，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)計規(guī)范》和《建筑抗震設(shè)計規(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，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，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，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％穿過樓板。新澆混凝土上部與大梁的底面間需確保密實，不得有縫隙。3受力特征由于荷載未未卸除，原原柱存在一一定的壓縮縮變形，另另外原柱混混凝土已完完成收縮和和徐變，導(dǎo)導(dǎo)致新加部分的的應(yīng)力、應(yīng)應(yīng)變滯后于于原柱的應(yīng)應(yīng)力、應(yīng)變變。因此，新新舊柱不能能同時達到到應(yīng)力峰值值，從而降降低了新加加部分的作作用(圖3.39a)。試驗表明，，只要新舊舊柱結(jié)合面面粘結(jié)可靠靠，在后加加荷載作用用下，新舊舊混凝土的的應(yīng)變增量量基本一致致，整個截截面的變形形符合平截截面假定。。對于大偏心心受壓柱，，新加部分分承載力的的降低不很很顯著：新新加部分位位于構(gòu)件的的邊緣，在在后加荷載載作用下，，其應(yīng)變發(fā)發(fā)展較原柱柱快。此外外，由于新新加部分對對原柱的約約束作用和和新舊柱之之間的應(yīng)力力重分布。。對于軸心受受壓柱，新新舊混凝土土間存在著著明顯的應(yīng)應(yīng)力重分布布。4截面承載力力計算方法法采用加大截截面法加固固鋼筋混凝凝土柱時，，其承載力力計算應(yīng)按按《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計規(guī)范范》的基本規(guī)定定，并考慮慮新混凝土土與原柱的的共同工作作。下面計算摘摘自《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)加固設(shè)計計規(guī)范》5.4.1采用增大截截面加固鋼鋼筋混凝土土軸心受壓壓構(gòu)件（圖圖5.4.1）時，其正正截面受壓壓承載力應(yīng)應(yīng)按下式確確定：圖5.4.1軸心受壓構(gòu)構(gòu)件增大截截面加固（5.4.1）式中N——構(gòu)件加固后后的軸向壓壓力設(shè)計值值；——構(gòu)件穩(wěn)定系系數(shù)，根據(jù)據(jù)加固后的的截面尺寸寸，按現(xiàn)行行國家標準準《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計規(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度度 設(shè)計計值；——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強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，，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)件加固的的計算注：當(dāng)為小小偏心受壓壓構(gòu)件時，，圖中σs0可能變向式中——新舊混凝土組合合截面的混凝土土軸心抗壓強強度設(shè)設(shè)計值，可按確確定;、——分別為新舊混凝凝土軸心抗壓強強度設(shè)計值;——原構(gòu)件受拉邊或或受壓較小邊縱縱向鋼筋應(yīng)力力;當(dāng)算得時時,取;——受拉邊或受壓較較小邊的新增縱縱向鋼筋應(yīng)力力;當(dāng)算得時時,取;——原構(gòu)件受拉邊或或受壓較小邊縱縱向鋼筋截面面面積積;——原構(gòu)件受壓較大大邊縱向鋼筋截截面面積；——偏心距，為軸向向壓力設(shè)計值N的作用點至新增增受拉鋼鋼筋合力點的距距離，按本節(jié)第第5.4.3條 確定定；——原構(gòu)件受拉邊或或受壓較小邊縱縱向鋼筋合力點點 到加固固后截面近邊的的距離；——原構(gòu)件受壓較大大邊縱向鋼筋合合力點至加固后后 截面近近邊的距離；——受拉邊或受壓較較小邊新增縱向向鋼筋合力點至至 加固后后截面近邊的距距離；——受壓較大邊新增增縱向鋼筋合力力點至加固后截截 面近邊邊的距離；——受拉邊或受壓較較小邊新增縱向向鋼筋合力點至至 加固后后截面受壓較大大邊緣的距離；；——原構(gòu)件截面有效效高度。5.4.3偏心距e應(yīng)按現(xiàn)行國家標標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》GB50010的規(guī)定進行計算算，但其增大系系數(shù)η尚應(yīng)乘以下列修修正系數(shù)ψη：1對圍套或其他對對稱形式的加固固：當(dāng)e0/h≥0.3時：ψη＝1.1；當(dāng)e0/h＜0.3時：ψη＝1.2。2對非對稱形式的的加固：當(dāng)e0/h≥0.3時：ψη＝1.2；當(dāng)e0/h＜0.3時：ψη＝1.3。例3-9某辦公樓為九層層雙跨鋼筋混凝凝土框剪結(jié)構(gòu)，，現(xiàn)需對該樓增增加二層，經(jīng)復(fù)復(fù)核發(fā)現(xiàn)個別柱柱子須進行加固固。下面給出某某中柱的加固計計算。1)原柱資料該該中柱截面尺寸寸為400mm×500mm。C20級混凝土，配8ф18縱向鋼筋，層高高=6.5m。加層后該柱為為軸心受壓構(gòu)件件，承受設(shè)計軸軸向力3600kN。2)加固方法軸軸心受壓柱采用用四周外包混凝凝土法加固較為為有效。方法為為先將原柱四周周面層混凝土鑿鑿毛，然后配置置箍筋及縱筋，，并噴射50mm厚C25級細石混凝土。。3)補配縱筋計算柱計算長度=1.0H=6.5m查表=0.935由式（3-55）可得加固鋼筋筋面積為上述計算說明，，需加大截面并并增補鋼筋，選選用4ф14即可。例3-11某框架柱，截面面尺寸計計算長度對稱配筋，每邊邊4Ф20。承受軸力原設(shè)計混凝土C35，實際強度只達達C20。要求進行加固固設(shè)計。【解】（1）原柱承載力驗驗算：求偏心距增大系系數(shù)η求受壓區(qū)換算高高度x，對偏心壓力N的作用點取矩。。表示該構(gòu)件為大大偏心受壓。原柱能承擔(dān)極限限內(nèi)力柱子不安全，必必須加固。（2）加固柱承載力力計算：采用混凝土圍套套加固（圖4-39）圍套厚度強度等級為C30，每邊配3Ф18，符合原假定（滿足要求）3.3.3外粘型鋼加固混混凝土柱1.概述所謂外包鋼加固固，就是在混凝凝土柱的四角或或兩面包以型鋼鋼的一種加固方方法。它的優(yōu)點點是：構(gòu)件的截截面尺寸增加不不多，但混凝土土柱的承載力可可有較大幅度提提高。對于方形形或矩形柱，大大多在四角包角角鋼，并在橫向向用綴板連成整整體，對于圓柱柱、煙囪等圓形形構(gòu)件，多用扁扁鋼加套箍的辦辦法(如圖3-41所示)。在型鋼與原柱間間留有一定間隔隔，并在其間填填塞乳膠水泥漿漿或環(huán)氧砂漿或或澆灌細石混凝凝土，將兩者粘粘結(jié)成一體的加加固方法稱為濕濕式外包鋼加固固法(圖3-41)。經(jīng)外包鋼加固后后，混凝土柱不不僅提高了承載載力，又由于柱柱的核芯混凝土土受到型鋼套箍箍和綴板的約束束，柱子的延性性也得到了較大大的提高。2.外粘型鋼加固設(shè)設(shè)計采用外粘型鋼加固法時，型鋼鋼粘結(jié)于原柱，，使原柱的橫向向變形受到型鋼鋼骨架的約束。。同時，混凝土土的橫向變形又又對型鋼產(chǎn)生側(cè)側(cè)向擠壓，使外外粘型鋼處于壓壓彎狀態(tài)，導(dǎo)致致型鋼抗壓承載載力的降低。此此外，如同上節(jié)節(jié)中的外包混凝凝土加固一樣，，后加的型鋼亦亦存在應(yīng)力滯后后現(xiàn)象，影響型型鋼作用的充分分發(fā)揮。因此，，在外粘鋼加固固設(shè)計時，型鋼的設(shè)計強度度應(yīng)予折減。外粘鋼加固柱的的正截面承載力力可以按整截面面計算，但對外外粘型鋼的強度度設(shè)計值應(yīng)乘以以折減系數(shù)?；旎炷两Y(jié)構(gòu)加固固規(guī)范規(guī)定，受受壓邊角鋼的折減系數(shù)為0.9。外粘鋼加固柱的的截面剛度和承承載力的計算方方法。1）截面剛度外粘型鋼加固柱柱的截面剛度近近似地按下式計計算：——分別為原構(gòu)件混混凝土和加固型型鋼的彈性模量量；——原構(gòu)件截面慣性性距；——加固構(gòu)件一側(cè)外外粘型鋼截面面面積；——受拉與受壓兩側(cè)側(cè)型鋼截面形心心間的距離。2）軸心受壓柱的的承載力對于外粘型鋼加加固后為軸心受受壓的柱，截面面承載力可按下下式計算：——新增型鋼強度利利用系數(shù)，抗震震取=1.0，其余取0.9。3）偏心受壓柱的的承載力計算正截面承載力可可按下式計算：：由于柱內(nèi)受拉肢肢型鋼存在應(yīng)力力滯后現(xiàn)象，因因此其設(shè)計強度度應(yīng)予以折減。。同時，為了計計算方便，建議議對拉、壓肢型型鋼取用相同的的強度折減系數(shù)數(shù)0.9。在外粘型鋼加加固中，外粘型型鋼一般都采用用對稱布置，由由圖3-42可得外粘型鋼加加固柱正截面承承載力計算公式式。即當(dāng)原柱為對稱配配筋時，式可進進一步簡化為：：3.構(gòu)造要求混凝土柱采用外外包鋼加固時，，應(yīng)符合下列構(gòu)構(gòu)造要求：1）外包角鋼的邊邊長不宜小于25mm；綴板截面不宜宜小于25×3mm，間距不宜大于于20r（r為單根角鋼截面面的最小回轉(zhuǎn)半半徑），同時不不宜大于500mm。2）外包角鋼需通通長、連續(xù)，在在穿過各層樓板板時不得截斷；；角鋼下端應(yīng)伸伸到基礎(chǔ)頂面，，用環(huán)氧砂漿或或環(huán)氧膠泥加以以粘錨（如圖3-42所示）；角鋼上上端應(yīng)有足夠的的錨固長度，可可能時上端設(shè)置置與角鋼焊接的的柱帽。3）當(dāng)采用環(huán)氧樹樹脂化學(xué)灌漿外外包鋼加固時，，綴板應(yīng)緊貼混混凝土表面，并并與角鋼平焊連連接。焊好后，，用環(huán)氧將型鋼鋼周圍封閉，并并留出氣孔，再再進行灌漿。4）當(dāng)采用乳膠水水泥砂漿粘貼外外包鋼時，綴板板可焊于角鋼外外面。乳膠含量量應(yīng)不少于5％。5）型鋼表面宜抹抹不小于25mm厚的1:3水泥砂漿保護層層，亦可采用防防腐材料加以保保護。華茂大廈3.3.4置換法加固混凝凝土柱3.3.4.1概述受火災(zāi)或因施工工差錯等原因引引起混凝土柱的的強度下降，承承載力不足，需需進行加固。有有時不宜增大柱柱子尺寸，有時時只要進行局部部加固等都可采采用置換法加固固。3.3.4.2計算方法（1）軸心受壓構(gòu)件件當(dāng)采用局部置置換時，其正截截面承載力按下下式計算：(3-70)當(dāng)采用全截面置置換時，其正截截面承載力按下下式計算：(3-71)式中—構(gòu)件加固后的軸軸向力設(shè)計值；；—受壓桿穩(wěn)定系數(shù)數(shù)，按現(xiàn)行國家家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》規(guī)定采用；—保留部分的混凝凝土強度設(shè)計值值；—置換部分新混凝凝土強度設(shè)計值值；—保留部分的混凝凝土截面積；—置換部分新混凝凝土截面積；—置換部分新混凝凝土強度利用系系數(shù)，當(dāng)無支頂施工工時，取，，當(dāng)有支支頂施工時，取取。。（2）當(dāng)采用置換法法加固混凝土偏偏心受壓構(gòu)件時時，其正截面承承載力應(yīng)按下列列兩種情況分別別計算：1.壓區(qū)混凝土置換換深度時時，按新混混凝土強度，采采用現(xiàn)行國家標標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計規(guī)范》的公式進行正截截面承載力計算算。2.壓區(qū)混凝土置換換深度時時，其正截面面承載力按下列列公式計算：(3-72)(3-73)式中—構(gòu)件加固后的軸軸向力設(shè)計值；；—構(gòu)件置換用混凝凝土的抗壓強度度設(shè)計值；—原構(gòu)件混凝土抗抗壓強度設(shè)計值值；—加固后混凝土受受壓區(qū)高度；—縱向受拉鋼筋合合力中心至置換換混凝土形心的的距離；—受拉區(qū)縱向鋼筋筋合力中心至原原混凝土形心的的距離；、—受拉區(qū)、受壓區(qū)區(qū)縱向鋼筋截面面面積；—矩形截面的寬度度；—縱向受壓鋼筋合合力點至受壓區(qū)區(qū)邊緣的距離；；—縱向受壓鋼筋的的抗壓強度設(shè)計計值；—縱向受拉鋼筋的的應(yīng)力。（3）當(dāng)采用置換法法加固鋼筋混凝凝土受彎構(gòu)件時時，其正截面承承載力應(yīng)按下列列兩種情況分別別計算：1.壓區(qū)混凝土置換換深度時時，按新混混凝土強度進行行正截面承載力力計算。2.壓區(qū)混凝土置換換深度時時，其正正截面承載力應(yīng)應(yīng)按下列公式計計算：(3-74)式中—構(gòu)件加固后的彎彎矩設(shè)計值；其余符號同前面面。3.3.4.3構(gòu)造