《置换混凝土与外粘型钢联合加固后构件的截面换算(共8页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《置换混凝土与外粘型钢联合加固后构件的截面换算(共8页).doc（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上置换混凝土与外粘型钢联合加固后构件的截面换算摘要：对于混凝土严重不足的混凝土柱，置换混凝土与外粘型钢联合加固是一种加固效果较好、施工速度较快、整体工作性能较强的方法，该方法不但可以大幅度提高其承载力，而且可以较大幅度降低轴压比以满足抗震设防的延性要求。对于加固后的组合截面，如何换算加固后截面尺寸是加固后承载力和轴压比验算的前提和依据。本文结合工程实例，探讨了置换混凝土与外粘型钢联合加固中置换深度和型钢尺寸的选择依据，分析了加固后混合强度材料的构件截面换算为单一混凝土强度构件截面的方法，为混凝土加固后整体建模中截面尺寸计算提供了依据，在工程应用中具有一定的参考价值。关键
2、词：结构加固，置换混凝土，外粘型钢，轴压比，截面换算前言由于受混凝土组成材料、配合比、施工技术与管理、环境与养护条件等多种因素的影响，混凝土强度不足已成为现浇混凝土结构中常见的一种质量缺陷，而且这种质量缺陷严重影响着结构的安全性、适用性和耐久性。如果施工后混凝土强度与原设计强度相差较大，则会导致该混凝土构件承载力不满足要求，对混凝土柱而言，还可能出现轴压比相差太大的现象。对于这种情况，一般根据实测的混凝土强度对结构进行整体分析，然后再分析评估结构构件是否满足承载能力要求以及轴压比能否满足规范要求，以确定是否需要进行加固补强以提高承载能力或采取提高耐久性的处理措施。若承载力不足或轴压比不满足规范
3、要求，则应采取一定的措施对其进行加固补强处理。结构加固补强的方法很多，本文简单阐述一下常用加固方法，主要讨论混凝土强度严重不足的混凝土柱加固处理方法及处理后混合强度材料的构件截面换算为单一混凝土强度的构件截面的方法1 常用加固方法在混凝土柱加固方法中，应用较多的有增大截面法、置换混凝土加固法与外粘型钢加固法。增大截面加固法主要适用于原构件混凝土强度不低于C10的钢筋混凝土受弯或受压构件的加固；置换混凝土加固法主要适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或由严重缺陷的局部加固；外粘型钢加固法主要适用于需要大幅度提高截面承载能力和抗震能力的钢筋混凝土梁、柱结构的加固，而且由于该方法具有施工简便、受力可靠
4、、增大构件尺寸小、能大幅度提高柱的承载力等优点，目前为加固工程中采用的主要方法之一，得到了广泛的应用。2 混凝土部分置换和外粘型钢联合加固后截面换算对于混凝土强度过低的混凝土柱，在实测混凝土强度下承载能力严重不足、轴压比与规范限值相差较大的情况下，仅采用外粘型钢加固，轴压比提升较少，加固后仍不满足规范要求。若采用置换混凝土加固法对其进行加固，则置换深度较大，混凝土很容易出现拉应力，实际工程中尽管可以采取支顶等措施，但操作比较困难。对于承受较大荷载的混凝土柱，最有效的支顶应靠近柱表面在梁根处支顶，但这样做的缺点是施工的操作面就没有了；若离梁根部一定的距离支顶，就要考虑梁的承载问题，同时要考虑支顶
5、荷载向下层梁的传递问题，比较复杂。而若对其采用置换混凝土与外粘型钢联合加固，则可以减少施工难度，而且还可以达到较好的加固补强效果，加固后截面见图1。图1 置换混凝土与外粘型钢联合加固2.1置换深度及型钢尺寸估算对于采用置换混凝土加固法或外粘型钢加固法中，可以分别根据各种方法加固后承载力公式选择置换深度和型钢尺寸，而在两者联合加固中，混凝土结构加固设计规范（GB50367-2006）并没有给出加固后承载力计算公式。对于这种情况，可以先根据结构未加固前受力估算置换深度和型钢规格。对于承受荷载较大的柱子，其轴力较大，弯矩较小，可以看成轴心受压构件，因此估算时可以根据如下公式进行。 （1）式中：柱轴向
6、承载力；柱核心没有置换部分的混凝土强度设计值；柱核心没有置换部分的混凝土面积；柱置换部分的混凝土强度设计值；柱置换部分的混凝土面积；柱竖向钢筋的抗压强度设计值；柱竖向钢筋面积；新增型钢强度利用系数，除抗震设计取外，其他取；钢板抗压强度设计值；钢板横截面面积；型钢抗压强度设计值；外包竖向型钢横截面面积；2.2 加固后截面换算由于构件加固后刚度变化造成结构整体受力时各个构件内力调整和重分布，所以加固后构件的内力与加固前不同。为了验证加固后构件在新内力作用下能否满足承载力要求和轴压比要求，需要对加固后结构进行整体计算。由于加固构件加固后截面是混合材料强度的组合截面，在模型输入中无法输入，所以应根据一
7、定的原则对其进行截面换算，将混合材料强度的构件截面换算为单一混凝土强度的构件截面。在截面换算时采用抗弯刚度和轴向刚度叠加的方法对其进行换算，换算后的截面尺寸作为计算模型中输入的截面尺寸。换算公式如下。 （2） （3） （4）式中， -置换后截面的换算弹性模量及惯性矩，弹性模量取原设计值； -柱核心没有置换部分的混凝土弹性模量及惯性矩； -灌浆料置换部分混凝土的弹性模量及惯性矩； -钢板的弹性模量及惯性矩； -角钢的弹性模量及惯性矩。2.3 混凝土弹性模量计算 混凝土弹性模量可以根据混凝土结构设计规范（GB50010-2002）确定，具体计算公式如下： （4）式中，为混凝土强度等级。3 加固后整
8、体建模计算将加固构件按照上述原则对其进行截面换算，将换算后的截面尺寸作为计算模型中输入的截面尺寸，然后根据整体建模计算，并根据模型计算结果，验证加固构件加固后能否满足承载力和轴压比要求，同时也要查看其他非加固构件在调整后的内力作用下是否满足要求。通过整体建模分析得出的结果更直观，而且考虑了由于加固构件刚度变化引起的结构中各个构件内力调整和重分布，可以使结果更准确。4 工程实例4.1工程概况威海洲际休闲度假酒店1#公寓位于荣成港西纹宝石滩，为高层钢筋混凝土剪力墙结构。抗震设防烈度为6度，按7度进行设防。按建筑抗震设计规范（GB50011-2010）,该结构框架部分的抗震等级为3级，剪力墙部分的抗
9、震等级为二级，框架的轴压比限制为0.9；剪力墙构造边缘构件达的轴压比限制为0.3。在主体检测发现该公寓B区部分钢筋混凝土柱和剪力墙边缘构造构件的混凝土强度严重不足，导致承载力不足，轴压比超过规范限值。实测混凝土强度与轴压比见表1。B区平面图见图2。 表1 实测混凝土强度与轴压比位置截面尺寸（mm*mm）原混凝土设计强度等级实测强度等级轴压比B区三层1/8-D700*650C4020.71.70B区三层1/10-D700*650C4027.71.62B区四层1/10-D700*650C4020.11.45B区四层1/8-C700*650C4019.31.38B区四层1/10-C700*650C4
10、019.91.31B区四层2/10-C700*650C4026.60.71B区四层9-A700*650C4017.20.44B区四层8-B700*650C4026.91.49B区五层1/10-C700*650C3521.41.16B区五层11-B700*650C3517.01.32B区五层10-A700*650C3517.70.44图2 B区平面图4.2 加固方法选择根据加固前建模计算，混凝土强度不足的柱内力见表2。从表2可以看出，部分有缺陷混凝土柱承受的内力较大，若采用外粘型钢对其进行加固，则加固后轴压比无法满足规范要求；若采用置换混凝土对其进行加固，则置换深度较深，施工复杂。因此采用置换混
11、凝土加固和外粘型钢联合加固。对于承受内力较小的柱，对其采用外粘型钢加固。表2 恒载和活载作用下柱底内力设计值（KN）位置截面尺寸（mm*mm）设计推算值（N/mm2）恒载作用下柱底内力（KN）活载作用下柱底内力（KN）加固前柱承载力（KN）B区三层1/8-D700*6509.89669816935443B区三层1/10-D700*65013.23650616516544B区四层1/10-D700*6509.60584614815038B区四层1/8-C700*6509.22560913224990B区四层1/10-C700*6509.60533612474980B区四层2/10-C700*65
12、012.7031466867314B区四层9-A700*6508.2113442655475B区四层8-B700*65012.85577713626655B区五层1/10-C700*65010.22474111055234B区五层11-B700*6508.12502911824718B区五层10-A700*6508.4515293424691注：加固前柱承载力=混凝土承载力+钢筋承载力。4.3置换深度与型钢尺寸选择根据公式（1）计算出所需要置换的混凝土深度和型钢尺寸，为了施工简便，对其进行归并，归并后结果见下表。表3 加固形式位置加固形式B区三层1/8-DB区三层1/10-D置换100厚混凝土
13、深度，同时四周增大20厚混凝土，角钢型号采用L125X8，钢板厚度选用5B区四层1/10-DB区四层1/8-CB区四层1/10-CB区四层8-BB区五层11-B置换50厚混凝土深度，角钢型号采用L125X8，钢板厚度选用5B区四层2/10-CB区五层1/10-C置换50厚混凝土深度，角钢型号采用L75X8，钢板厚度选用钢板厚度选用5B区四层9-AB区五层10-A采用结构胶锚灌外粘型钢加固，角钢型号采用L75X8，钢板厚度选用54.4 截面换算根据公式（2）、（3）、（4）对加固后构件进行截面换算，换算后的截面尺寸见表4。表4 加固后换算截面尺寸位置原截面尺寸（mm*mm）置换深度（mm）外粘型
14、钢尺寸钢板厚（mm）换算截面尺寸（mm*mm）B区三层1/8-D700*650100+20L125X85840*710B区三层1/10-D700*650100+20L125X85830*740B区四层1/10-D700*65050L125X85820*620B区四层1/8-C700*65050L125X85820*620B区四层1/10-C700*65050L125X85820*620B区四层2/10-C700*65050L75X85780*670B区四层9-A700*6500L75X85790*550B区四层8-B700*65050L125X85810*680B区五层1/10-C700*65
15、050L75X85770*560B区五层11-B700*65050L125X85810*540B区五层10-A700*6500L75X85780*500注：所有柱加固中的钢板长度均同柱高；4.5 加固后整体建模计算与分析将上述换算截面尺寸作为模型中截面的输入尺寸，进行整体建模分析，计算结果见表5。从表5可以看出，加固后的构件均满足承载力要求和轴压比要求。构件加固前轴力、轴压比与加固后轴力、轴压比比较见图3。从图3可以看出，加固前构件承载力不满足要求，轴压比超过规范限值，而且都相差较大；而加固后构件承载力和轴压比均满足要求，而且承载力提高和轴压比降低幅度较大。所以置换混凝土和外粘型钢联合加固混凝
16、土强度严重不足的混凝土柱能达到较好的效果。表5 加固后计算结果位置恒载作用下柱底设计内力（KN）活载作用下柱底设计内力（KN）加固后柱承载力（KN）轴压比B区三层1/8-D68871733123500.67B区三层1/10-D66551679127600.63B区四层1/10-D59691508101700.57B区四层1/8-C55681308101470.70B区四层1/10-C53291240100930.67B区四层2/10-C3210697115650.45B区四层9-A128325287090.25B区四层8-B58361372114030.76B区五层1/10-C47471099
17、94670.61B区五层11-B5024118099990.73B区五层10-A154134479250.26注：加固后柱承载力=混凝土承载力+钢筋承载力+型钢承载力+钢板承载力； （a） 加固前后柱轴压比 （b）加固前后柱轴力值图3 加固前后柱轴压比、轴力比较5 结论（1）混凝土强度严重不足是现浇混凝土结构中常见的一种质量缺陷，并极大的影响着结构的安全性。置换混凝土与外粘型钢联合加固是处理这种缺陷的一种有效方法，该方法加固后不但可以大幅度提高承载力，而且对混凝土柱而言，还可以较大程度的降低其轴压比，以满足抗震设防的延性要求。（2）由于加固后构件刚度变化造成该结构的内力调整和重分布，加固后整体
18、建模计算是一种较好的检验加固能否达到效果的一种方法，将加固后混合材料强度的构件截面按照一定的原则将其换算为单一混凝土强度材料的构件截面，将换算后的截面尺寸作为计算模型中输入的截面尺寸，然后根据整体建模计算结果验证加固构件加固后能否满足承载力和轴压比要求，同时也查看其他非加固构件在调整后的内力作用下是否满足要求。通过整体建模分析得出的结果更直观，而且考虑了由于加固构件刚度变化引起的结构中各个构件内力调整和重分布，可以使结果更准确。（3）在加固后承载力计算中，角钢和缀板一方面参与承受轴向压力，使柱的极限承载力有较大的提高；另一方面，缀板和角钢构成的钢骨架体系对内部混凝土起到约束作用，使混凝土的极限抗压强度和极限压应变均有所提高，从而提高加固柱的承载力和延性。在本文中，只考虑了角钢和缀板承受轴向压力，没有考虑缀板和角钢的钢骨架作用，所以本文中加固后极限承载力计算是偏安全的。但这也造成了加固后构件材料的浪费，为了节省材料，关于型钢套箍对柱中混凝土承载力的提高程度有待进一步研究。参考文献1 GB50367-2006，混凝土结构加固设计规范S2 GB50010-2002，混凝土结构设计规范S3 GB50011-2010，混凝土抗震设计规范S4 左成明,左明汉.混凝土结构粘结加固设计与算例M.中国建筑工业出版社.20075 钟善桐.钢管混凝土结构M.清华大学出版社.2004专心-专注-专业