某加固工程卸荷支撐體系的設(shè)計(jì)

摘 要:以某工程建筑強(qiáng)地震后結(jié)構(gòu)加固為工程背景，在加固過程中，防止構(gòu)件發(fā)生較大變形或支撐體系內(nèi)力發(fā)生突變，用千斤頂作支撐點(diǎn)，采用撓度計(jì)對(duì)其變形進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)結(jié)構(gòu)卸荷支撐系統(tǒng)的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算。

關(guān)鍵詞:加固 支撐 卸荷

中圖分類號(hào):TU27\t\t\t文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A\t\t\t文章編號(hào):1672-3791(2011)10(a)-0071-02

1 工程概況

該工程為七層底二框結(jié)構(gòu)，“5·12”地震后進(jìn)行應(yīng)急檢查，鑒定報(bào)告中指出:二樓主次梁交接處主梁兩側(cè)出現(xiàn)裂縫，長(zhǎng)度達(dá)梁高的2/3。梁上面承載五層樓的磚墻墻體荷載。因該梁抗剪鋼筋設(shè)置不到位曾加固過，無加固相關(guān)資料。在“5·12”后進(jìn)行加固施工前設(shè)計(jì)要求對(duì)該構(gòu)件進(jìn)行可靠支撐，將原加固部分拆除后重新加固，直到新加固體系驗(yàn)收合格后才能拆除支撐體系。為防止在拆除原加固區(qū)域后，構(gòu)件因荷載過大而發(fā)生破壞，該支撐系統(tǒng)是做好本次加固工作的關(guān)鍵。

2 支撐卸荷

為防止原加固區(qū)域拆除后，梁因上部荷載作用發(fā)生下?lián)匣驍嗔?，同時(shí)為減輕和消除后粘鋼板的應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象，粘鋼板前宜對(duì)構(gòu)件適量進(jìn)行支撐卸荷，具體方式如下。

2.1 說明

本次需進(jìn)行加固的構(gòu)件已經(jīng)加固過且正在使用，加固方式為粘鋼帶補(bǔ)強(qiáng)。按設(shè)計(jì)要求:需對(duì)加固構(gòu)件可靠支撐，以消除荷載影響，達(dá)到加固使用目的。對(duì)構(gòu)件支撐應(yīng)保證構(gòu)件本身及施工過程安全、可行、有效，且支點(diǎn)不能落在預(yù)制板上，方便加固施工的目的。按以上想法，根據(jù)計(jì)算及長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)及應(yīng)用，針對(duì)此結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)可行的支撐體系，采用的卸荷方案見附(圖1、圖2)，在主梁跨中處、次梁兩側(cè)實(shí)施卸荷。

2.2 支撐方案計(jì)算

從第一次主梁補(bǔ)強(qiáng)圖上看，上次補(bǔ)強(qiáng)主要是由于主次梁交接處，次梁下部的主梁出現(xiàn)斜裂縫，這種裂縫產(chǎn)生一般是由于主梁吊筋不夠，會(huì)出現(xiàn)這種情況。所以補(bǔ)強(qiáng)采用的是角鋼吊箍的方法。

次梁支撐上部5層外墻，外墻厚240mm。各層樓板是支撐在內(nèi)橫墻上。

所以，次梁搭接在主梁上的荷載為(樓層高按2.8m考慮):

次梁支撐的墻高:5×2.8+0.6=14.6m。

次梁跨度(取大跨):3.9m。

240毫米墻重:5.24kN/m2。

次梁搭接在主梁上的荷載:14.6×5.24×3.9=298.4kN。

主梁混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度250號(hào)，考慮施工和年代的損失，按現(xiàn)在的混凝土強(qiáng)度C20(相當(dāng)于230號(hào)混凝土)考慮。

所以主梁處所需吊筋為:

Asv===1114mm2

工程設(shè)計(jì)吊筋為2根二級(jí)鋼20，并有4根箍筋10的(鋼筋面積628mm2)，計(jì)算僅吊筋2-20的鋼筋就足夠:4×314=1256mm2＞1114mm2。所以原設(shè)計(jì)主次梁吊筋沒有問題。有可能是在施工環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，為穩(wěn)妥起見，加固前應(yīng)先卸荷載，卸荷按100kN考慮，基本是次梁荷載的1/3，再加上吊筋有一定的富裕度(有30%的余度)。

2.3 支撐卸荷體系設(shè)計(jì)計(jì)算書

鋼材等級(jí):235。

柱高(m):3.600。

柱截面:空心圓管截面:D×T=127×6。

柱平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù):1.000。

柱平面外計(jì)算長(zhǎng)度:3.600。

強(qiáng)度計(jì)算凈截面系數(shù):1.000。

截面塑性發(fā)展:考慮。

構(gòu)件所屬結(jié)構(gòu)類別:多層鋼框架(<=12層)。

是否進(jìn)行抗震設(shè)計(jì):不進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)內(nèi)力:繞X軸彎矩設(shè)計(jì)值Mx(kN·m):5.000;繞Y軸彎矩設(shè)計(jì)值My(kN·m):5.000。

軸力設(shè)計(jì)值N(kN):60.000。

設(shè)計(jì)依據(jù):《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017-2003)。

柱構(gòu)件設(shè)計(jì)如下。

(1)截面特性計(jì)算。

A=2.2808e-003;Xc=6.3500e-002; Yc=6.3500e-002。

Ix=4.1855e-006;Iy=4.1855e-006。

ix=4.2838e-002;iy=4.2838e-002。

W1x=6.5913e-005;W2x=6.5913e-005。

W1y=6.5913e-005;W2y=6.5913e-005。

(2)柱構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果。

截面塑性發(fā)展系數(shù):γx=1.150。

截面塑性發(fā)展系數(shù):γy=1.150。

柱構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力(N/mm2): 158.233

柱構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算滿足。

(3)柱構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果。

平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度(m):3.600。

平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比λx:84.037。

對(duì)x軸截面分類:b類。

軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)φx:0.661。

等效彎矩系數(shù)βmx:1.000。

等效彎矩系數(shù)βty:1.000。

受彎整體穩(wěn)定系數(shù)φby:1.000。

閉口截面影響系數(shù):η=0.7。

計(jì)算參數(shù)Nex'(kN):596.918。

柱平面內(nèi)長(zhǎng)細(xì)比:λx=84.037<[λ]= 150.000。

柱構(gòu)件平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力(N/mm2):164.626

柱構(gòu)件平面內(nèi)驗(yàn)算滿足。

(4)柱構(gòu)件平面外穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果。

平面外計(jì)算長(zhǎng)度(m):3.600。

平面外長(zhǎng)細(xì)比λy:84.037。

對(duì)y軸截面分類:b類。

軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)φy:0.661。

受彎整體穩(wěn)定系數(shù)φbx:1.000。

等效彎矩系數(shù)βtx:1.000。

閉口截面影響系數(shù):η=0.7。

等效彎矩系數(shù)βmy:1.000。

計(jì)算參數(shù)Ney'(kN):596.918。

柱平面外長(zhǎng)細(xì)比:λy=84.037<[λ]= 150.000。

柱構(gòu)件平面外穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力(N/mm2):164.626

柱構(gòu)件平面外驗(yàn)算滿足。

(5)局部穩(wěn)定驗(yàn)算。

外徑與壁厚之比D/T=21.17<容許外徑與壁厚之比[D/T]=100.0。

柱構(gòu)件驗(yàn)算滿足。

3 支撐方案實(shí)施

針對(duì)工程特點(diǎn)，采用千斤頂、撓度計(jì)及其支承體系作為支撐系統(tǒng)。采用以撓度值和千斤頂施力數(shù)值的雙向控制參數(shù)為卸荷依據(jù)，在拆除原加固區(qū)域時(shí)，如發(fā)現(xiàn)撓度計(jì)示數(shù)或千斤頂壓力值發(fā)生較大變化時(shí)，立即停止拆除工作，在確認(rèn)安全，穩(wěn)定支撐后方可繼續(xù)。

3.1 支撐體系工法

(1)梁上、下，柱左右雜物清理，切斷同建筑填充墻的聯(lián)系，全面清潔整理場(chǎng)地;(2)于梁上確定粘貼鋼板部位、卸荷點(diǎn)位、撓度計(jì)測(cè)點(diǎn)位;(3)組裝支撐系統(tǒng)各構(gòu)件;(4)用手動(dòng)砂輪機(jī)磨平撓度計(jì)測(cè)點(diǎn)位置;(5)將撓度計(jì)固定到測(cè)點(diǎn)處;(6)將支撐柱根部和頂部墊平、固定;(7)千斤頂施力將支撐柱對(duì)準(zhǔn)支點(diǎn)頂緊;(8)本卸荷支撐設(shè)備采用一拖四伺服聯(lián)動(dòng)同步數(shù)字頂升設(shè)備，該設(shè)備配備如表1。

根據(jù)不同卸荷類型分別采用四個(gè)同步千斤頂卸荷。(1)檢查工作梁上、下支撐系統(tǒng)的安全性;(2)調(diào)整撓度計(jì)，開始工作;(3)在梁上粘貼鋼帶加固，經(jīng)24h結(jié)構(gòu)膠粘劑固化，達(dá)到可以約束鋼板的強(qiáng)度并承受荷載、可抵抗梁的結(jié)構(gòu)變形時(shí)即可撤掉支撐系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

采用以撓度值和千斤頂施力數(shù)值的雙向控制參數(shù)為卸荷依據(jù)，可以防止構(gòu)件發(fā)生較大變形或支撐體系內(nèi)力發(fā)生突變。實(shí)踐證明本卸荷支撐體系能滿足施工要求。