混凝土结构加固设计四

3.3混凝土柱加固设计3.3.1钢筋混凝土柱常见问题及原因分折一般来说，柱子的破坏往往是突然的，破坏之前的征兆不很明显，属脆性破坏。因此，我们首先应了解柱子的破坏特征和破坏原因，以及进行必要的计算分析，随后对柱子作出是否进行加固的判断。1.混凝土柱破坏特征钢筋混凝土柱的两类破坏形态:受压破坏(包括轴压柱和小偏压柱)；受拉破坏(大偏压柱)。1）轴压柱的破坏特征2）小偏心受心柱的破坏特征3）大偏心受压柱的坏特征1）轴压柱的破坏特征2）小偏心受心柱的破坏特征3）大偏心受压柱的坏特征2.混凝土柱承载力不足的原因l)设计错误(如荷载漏算、截面偏小、计算错误等)2)施工质量差3)施工人员业务水平低下，工作责任心不强4)施工现场管理不善5)地基不均匀沉降6）商品混凝土问题：罐车内的混凝土已过初凝期润管砂浆问题7）其他原因：火灾高温将混凝土烧酥，并使钢筋及混凝土强度下降；因遭车辆等突然撞击，使柱子严重撞伤；因加层改造上部结构，或改变使用功能使柱承受荷载增加等。

在了解混凝土柱的破坏特征、破坏原因，并作出需加固的判断之后，应根据柱子的外观、验算结果以及现场条件等因素选择合适的加固方法，及时进行加固。混凝土柱的加固方法有多种，常用的有增大截面法、置换法、外粘型钢法、外加预加应力法。有时还采用卸除外载法和增加支撑法等。下面将分别对常用的加固方法进行阐述。

3.3.2增大截面法加固混凝土柱1.方法不仅可提高原柱的承载力，还可降低柱子的长细比，提高柱子的刚度。特别在抗震设防地区，这可使原来的强梁弱柱结构变为有利于抗震的强柱弱梁结构。具体加固方法有四周外包、单面加厚和两面加厚等加固方法(图3.37)。

2构造及施工要求在加固柱的设计和施工中，加强新旧柱之间的结合至关重要，要确保它们能整体工作。在加固柱的构造设计及施工时，应特别注意如下几点:1）当采用四周外包混凝土加固法时，应将原柱表面凿毛，冲洗干净，箍筋应采用封闭箍（如图3-38a、b所示），间距应符合《混凝土结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》的规定。2)当采用单面或双面增浇混凝土的方法加固时，应将原柱表面凿毛，凸凹不平度≥6mm，并应采取下述构造措施中的一种。①当新浇层的混凝土较薄时，用短钢筋将加固的受力钢筋焊接在原柱的受力钢筋上(如图3-38c所示)。短钢筋直径不应小于20mm，长度不小于5d(d为新增纵筋和原有纵向直径的较小值)，各短筋的中距≤50Omm。②当新浇层混凝土较厚时，应用U形箍筋固定纵向受力钢筋，U形箍筋与原柱的连接可用焊接法(如图3-38d所示)，也可用锚固法(如图3-38e所示)。3)新增混凝土的最小厚度≥60mm，用喷射混凝土施工时不应小于50mm。4)新增纵向受力钢筋宜用带肋钢筋，最小直径应≥14mm，最大直径应≤25mm。5)新增纵向受力钢筋应锚入基础，柱顶端应有锚固措施。框架柱加固中，受拉钢筋不得在楼板处切断，受压钢筋应有50％穿过楼板。新浇混凝土上部与大梁的底面间需确保密实，不得有缝隙。3受力特征由于荷载未未卸除，原原柱存在一一定的压缩缩变形，另另外原柱混混凝土已完完成收缩和和徐变，导导致新加部分的的应力、应应变滞后于于原柱的应应力、应变变。因此，新新旧柱不能能同时达到到应力峰值值，从而降降低了新加加部分的作作用(图3.39a)。试验表明，，只要新旧旧柱结合面面粘结可靠靠，在后加加荷载作用用下，新旧旧混凝土的的应变增量量基本一致致，整个截截面的变形形符合平截截面假定。。对于大偏心心受压柱，，新加部分分承载力的的降低不很很显著：新新加部分位位于构件的的边缘，在在后加荷载载作用下，，其应变发发展较原柱柱快。此外外，由于新新加部分对对原柱的约约束作用和和新旧柱之之间的应力力重分布。。对于轴心受受压柱，新新旧混凝土土间存在着着明显的应应力重分布布。4截面承载力力计算方法法采用加大截截面法加固固钢筋混凝凝土柱时，，其承载力力计算应按按《混凝土结构构设计规范范》的基本规定定，并考虑虑新混凝土土与原柱的的共同工作作。下面计算摘摘自《混凝土结构构加固设计计规范》5.4.1采用增大截截面加固钢钢筋混凝土土轴心受压压构件（图图5.4.1）时，其正正截面受压压承载力应应按下式确确定：图5.4.1轴心受压构构件增大截截面加固（5.4.1）式中N——构件加固后后的轴向压压力设计值值；——构件稳定系系数，根据据加固后的的截面尺寸寸，按现行行国家标准准《混凝土结构构设计规规范》GB50010的规定值采采用；和——构件加固前前混凝土截截面面积和和加固后新新 增部部分混凝土土截面面积积；、——新增纵向钢钢筋和原纵纵向钢筋的的抗压强度度 设计计值；——新增纵向受受压钢筋的的截面面积积；——综合考虑新新增混凝土土和钢筋强强度利用程程度度的修正系系数，取值值为0.8。5.4.2采用增大截截面加固钢钢筋混凝土土偏心受压压构件时，，其矩形截截面正截面面承载力应应按下列公公式确定（（图5.4.2）：图5.4.2矩形截面偏偏心受压构构件加固的的计算注：当为小小偏心受压压构件时，，图中σs0可能变向式中——新旧混凝土组合合截面的混凝土土轴心抗压强强度设设计值，可按确确定;、——分别为新旧混凝凝土轴心抗压强强度设计值;——原构件受拉边或或受压较小边纵纵向钢筋应力力;当算得时时,取;——受拉边或受压较较小边的新增纵纵向钢筋应力力;当算得时时,取;——原构件受拉边或或受压较小边纵纵向钢筋截面面面积积;——原构件受压较大大边纵向钢筋截截面面积；——偏心距，为轴向向压力设计值N的作用点至新增增受拉钢钢筋合力点的距距离，按本节第第5.4.3条 确定定；——原构件受拉边或或受压较小边纵纵向钢筋合力点点 到加固固后截面近边的的距离；——原构件受压较大大边纵向钢筋合合力点至加固后后 截面近近边的距离；——受拉边或受压较较小边新增纵向向钢筋合力点至至 加固后后截面近边的距距离；——受压较大边新增增纵向钢筋合力力点至加固后截截 面近边边的距离；——受拉边或受压较较小边新增纵向向钢筋合力点至至 加固后后截面受压较大大边缘的距离；；——原构件截面有效效高度。5.4.3偏心距e应按现行国家标标准《混凝土结构设计计规范》GB50010的规定进行计算算，但其增大系系数η尚应乘以下列修修正系数ψη：1对围套或其他对对称形式的加固固：当e0/h≥0.3时：ψη＝1.1；当e0/h＜0.3时：ψη＝1.2。2对非对称形式的的加固：当e0/h≥0.3时：ψη＝1.2；当e0/h＜0.3时：ψη＝1.3。例3-9某办公楼为九层层双跨钢筋混凝凝土框剪结构，，现需对该楼增增加二层，经复复核发现个别柱柱子须进行加固固。下面给出某某中柱的加固计计算。1)原柱资料该该中柱截面尺寸寸为400mm×500mm。C20级混凝土，配8ф18纵向钢筋，层高高=6.5m。加层后该柱为为轴心受压构件件，承受设计轴轴向力3600kN。2)加固方法轴轴心受压柱采用用四周外包混凝凝土法加固较为为有效。方法为为先将原柱四周周面层混凝土凿凿毛，然后配置置箍筋及纵筋，，并喷射50mm厚C25级细石混凝土。。3)补配纵筋计算柱计算长度=1.0H=6.5m查表=0.935由式（3-55）可得加固钢筋筋面积为上述计算说明，，需加大截面并并增补钢筋，选选用4ф14即可。例3-11某框架柱，截面面尺寸计计算长度对称配筋，每边边4Ф20。承受轴力原设计混凝土C35，实际强度只达达C20。要求进行加固固设计。【解】（1）原柱承载力验验算：求偏心距增大系系数η求受压区换算高高度x，对偏心压力N的作用点取矩。。表示该构件为大大偏心受压。原柱能承担极限限内力柱子不安全，必必须加固。（2）加固柱承载力力计算：采用混凝土围套套加固（图4-39）围套厚度强度等级为C30，每边配3Ф18，符合原假定（满足要求）3.3.3外粘型钢加固混混凝土柱1.概述所谓外包钢加固固，就是在混凝凝土柱的四角或或两面包以型钢钢的一种加固方方法。它的优点点是：构件的截截面尺寸增加不不多，但混凝土土柱的承载力可可有较大幅度提提高。对于方形形或矩形柱，大大多在四角包角角钢，并在横向向用缀板连成整整体，对于圆柱柱、烟囱等圆形形构件，多用扁扁钢加套箍的办办法(如图3-41所示)。在型钢与原柱间间留有一定间隔隔，并在其间填填塞乳胶水泥浆浆或环氧砂浆或或浇灌细石混凝凝土，将两者粘粘结成一体的加加固方法称为湿湿式外包钢加固固法(图3-41)。经外包钢加固后后，混凝土柱不不仅提高了承载载力，又由于柱柱的核芯混凝土土受到型钢套箍箍和缀板的约束束，柱子的延性性也得到了较大大的提高。2.外粘型钢加固设设计采用外粘型钢加固法时，型钢钢粘结于原柱，，使原柱的横向向变形受到型钢钢骨架的约束。。同时，混凝土土的横向变形又又对型钢产生侧侧向挤压，使外外粘型钢处于压压弯状态，导致致型钢抗压承载载力的降低。此此外，如同上节节中的外包混凝凝土加固一样，，后加的型钢亦亦存在应力滞后后现象，影响型型钢作用的充分分发挥。因此，，在外粘钢加固固设计时，型钢的设计强度度应予折减。外粘钢加固柱的的正截面承载力力可以按整截面面计算，但对外外粘型钢的强度度设计值应乘以以折减系数。混混凝土结构加固固规范规定，受受压边角钢的折减系数为0.9。外粘钢加固柱的的截面刚度和承承载力的计算方方法。1）截面刚度外粘型钢加固柱柱的截面刚度近近似地按下式计计算：——分别为原构件混混凝土和加固型型钢的弹性模量量；——原构件截面惯性性距；——加固构件一侧外外粘型钢截面面面积；——受拉与受压两侧侧型钢截面形心心间的距离。2）轴心受压柱的的承载力对于外粘型钢加加固后为轴心受受压的柱，截面面承载力可按下下式计算：——新增型钢强度利利用系数，抗震震取=1.0，其余取0.9。3）偏心受压柱的的承载力计算正截面承载力可可按下式计算：：由于柱内受拉肢肢型钢存在应力力滞后现象，因因此其设计强度度应予以折减。。同时，为了计计算方便，建议议对拉、压肢型型钢取用相同的的强度折减系数数0.9。在外粘型钢加加固中，外粘型型钢一般都采用用对称布置，由由图3-42可得外粘型钢加加固柱正截面承承载力计算公式式。即当原柱为对称配配筋时，式可进进一步简化为：：3.构造要求混凝土柱采用外外包钢加固时，，应符合下列构构造要求：1）外包角钢的边边长不宜小于25mm；缀板截面不宜宜小于25×3mm，间距不宜大于于20r（r为单根角钢截面面的最小回转半半径），同时不不宜大于500mm。2）外包角钢需通通长、连续，在在穿过各层楼板板时不得截断；；角钢下端应伸伸到基础顶面，，用环氧砂浆或或环氧胶泥加以以粘锚（如图3-42所示）；角钢上上端应有足够的的锚固长度，可可能时上端设置置与角钢焊接的的柱帽。3）当采用环氧树树脂化学灌浆外外包钢加固时，，缀板应紧贴混混凝土表面，并并与角钢平焊连连接。焊好后，，用环氧将型钢钢周围封闭，并并留出气孔，再再进行灌浆。4）当采用乳胶水水泥砂浆粘贴外外包钢时，缀板板可焊于角钢外外面。乳胶含量量应不少于5％。5）型钢表面宜抹抹不小于25mm厚的1:3水泥砂浆保护层层，亦可采用防防腐材料加以保保护。华茂大厦3.3.4置换法加固混凝凝土柱3.3.4.1概述受火灾或因施工工差错等原因引引起混凝土柱的的强度下降，承承载力不足，需需进行加固。有有时不宜增大柱柱子尺寸，有时时只要进行局部部加固等都可采采用置换法加固固。3.3.4.2计算方法（1）轴心受压构件件当采用局部置置换时，其正截截面承载力按下下式计算：(3-70)当采用全截面置置换时，其正截截面承载力按下下式计算：(3-71)式中—构件加固后的轴轴向力设计值；；—受压杆稳定系数数，按现行国家家标准《混凝土结构设计计规范》规定采用；—保留部分的混凝凝土强度设计值值；—置换部分新混凝凝土强度设计值值；—保留部分的混凝凝土截面积；—置换部分新混凝凝土截面积；—置换部分新混凝凝土强度利用系系数，当无支顶施工工时，取，，当有支支顶施工时，取取。。（2）当采用置换法法加固混凝土偏偏心受压构件时时，其正截面承承载力应按下列列两种情况分别别计算：1.压区混凝土置换换深度时时，按新混混凝土强度，采采用现行国家标标准《混凝土结构设计计规范》的公式进行正截截面承载力计算算。2.压区混凝土置换换深度时时，其正截面面承载力按下列列公式计算：(3-72)(3-73)式中—构件加固后的轴轴向力设计值；；—构件置换用混凝凝土的抗压强度度设计值；—原构件混凝土抗抗压强度设计值值；—加固后混凝土受受压区高度；—纵向受拉钢筋合合力中心至置换换混凝土形心的的距离；—受拉区纵向钢筋筋合力中心至原原混凝土形心的的距离；、—受拉区、受压区区纵向钢筋截面面面积；—矩形截面的宽度度；—纵向受压钢筋合合力点至受压区区边缘的距离；；—纵向受压钢筋的的抗压强度设计计值；—纵向受拉钢筋的的应力。（3）当采用置换法法加固钢筋混凝凝土受弯构件时时，其正截面承承载力应按下列列两种情况分别别计算：1.压区混凝土置换换深度时时，按新混混凝土强度进行行正截面承载力力计算。2.压区混凝土置换换深度时时，其正正截面承载力应应按下列公式计计算：(3-74)式中—构件加固后的弯弯矩设计值；其余符号同前面面。3.3.4.3构造