結(jié)構(gòu)加固中柱截面新舊混凝土結(jié)合部處理

范 佳

(山西省建筑科學(xué)研究院，山西太原 030001)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)很多建筑由于使用功能發(fā)生變化，上部荷載增大，因而需要對(duì)原有建筑底層柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。而隨著建筑技術(shù)的不斷提升，在原有建筑基礎(chǔ)上進(jìn)行加固加層改造工程也越來(lái)越多。本文將結(jié)合某建筑加固改造工程的具體工程實(shí)踐，淺析新舊混凝土結(jié)合部的處理方法。

1 工程實(shí)例

某綜合樓總建筑面積為6 500 m2，原設(shè)計(jì)為5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱下為獨(dú)立基礎(chǔ)，設(shè)有拉梁，建筑類型二類(見圖1)。

圖1 結(jié)構(gòu)平面圖

本工程安全等級(jí)為二級(jí);抗震等級(jí)為丙類;抗震設(shè)防烈度7度(設(shè)計(jì)基本加速度0.15g);場(chǎng)地類別為Ⅱ類;原有結(jié)構(gòu)使用材料見表1。

表1 原有結(jié)構(gòu)使用材料

需要對(duì)此建筑進(jìn)行加層，由原5層結(jié)構(gòu)加至8層。由于加層改造后，建筑功能及結(jié)構(gòu)改變，致使荷載產(chǎn)生變化，因此需要對(duì)原有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

2 柱結(jié)構(gòu)加固處理方法

2.1 外包截面法

最先采用增大截面的方法對(duì)柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，后經(jīng)過對(duì)加固完成后的混凝土結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)鑒定之后，發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度無(wú)法承載設(shè)計(jì)荷載。因此在截面加大的同時(shí)又采用鋼結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土柱截面進(jìn)行外包，對(duì)原有混凝土柱子進(jìn)行加固，加固形式見圖2。

通常的情況，增大混凝土柱截面時(shí)，所使用混凝土強(qiáng)度應(yīng)高于原有混凝土結(jié)構(gòu)一個(gè)等級(jí)。在本工程中，原來(lái)柱的設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)是C35，所以本工程的加固混凝土采用C40。

2.2 施工要求及注意事項(xiàng)

1)原結(jié)構(gòu)及新增加的鋼筋要進(jìn)行除銹處理。

2)當(dāng)原混凝土結(jié)構(gòu)存在缺陷時(shí)，要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行清理直至密實(shí)。同時(shí)要在結(jié)構(gòu)表面開設(shè)水平向橫槽，打掉被包的混凝土棱角，并且去除塵土以及浮渣。

圖2 外包角鋼加固混凝土柱示意圖

3)原有混凝土構(gòu)件表面存在污垢以及灰塵，應(yīng)用鋼絲刷子清理干凈后，進(jìn)而用水進(jìn)行沖洗。

4)新加混凝土進(jìn)行澆筑養(yǎng)護(hù)、模板搭設(shè)、鋼筋安置等施工過程，均要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50204-2002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的要求。通過表面開槽，可以在結(jié)合的部位形成鋸齒形，避免了連接面在一個(gè)平面上。另外，通過與原結(jié)構(gòu)鋼筋的機(jī)械鏈接可以使新舊鋼筋共同工作形成鋼筋籠，鋼筋籠就將混凝土柱緊緊包住，進(jìn)一步增強(qiáng)了柱的整體性。

3 模型分析

使用ANSYS有限元軟件對(duì)外包角鋼混凝土柱進(jìn)行了建模分析。

采用八節(jié)點(diǎn)六面體的實(shí)體65單元對(duì)混凝土柱構(gòu)件進(jìn)行模擬。實(shí)體65單元在ANSYS有限元分析軟件中是專門用來(lái)模擬混凝土的單元，能夠?qū)炷翗?gòu)件的壓碎以及拉裂進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。

采用混凝土多線性隨動(dòng)硬化模型，對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行非線性分析。其中，混凝土材料的參數(shù)定義見表2。

表2 混凝土材料參數(shù)

混凝土材料屬性極其復(fù)雜，而鋼筋與混凝土材料屬性的不同，決定了建立統(tǒng)一模型很難實(shí)現(xiàn)。為了使計(jì)算更為精確，本文對(duì)鋼筋與混凝土分別進(jìn)行建模。

通過ANSYS軟件中的實(shí)體45單元來(lái)對(duì)角鋼和綴板進(jìn)行建模分析。此單元為八節(jié)點(diǎn)定義的三維結(jié)構(gòu)實(shí)體單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度。

鋼材的材料模型采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型，屈服點(diǎn)210 MPa，超過屈服點(diǎn)的彈性模量設(shè)為0，即超過屈服點(diǎn)的曲線為水平線。

軟件模擬加載至構(gòu)件破壞，得到數(shù)據(jù)見表3。

經(jīng)過加載至破壞，可以得到承載力為35 471 kN(混凝土和鋼材強(qiáng)度取用設(shè)計(jì)值)。由表3可見，在套箍作用下，構(gòu)件的承載力提高了大約17%。

表3 模擬加載后構(gòu)件破壞數(shù)據(jù)表

4 結(jié)語(yǔ)

1)外包角鋼法加固后的柱承載力較原柱構(gòu)件所具承載力提高約17%，因此在對(duì)柱構(gòu)件進(jìn)行外包角鋼加固設(shè)計(jì)時(shí)，可以適當(dāng)降低按規(guī)范計(jì)算的安全儲(chǔ)備。

2)在柱構(gòu)件進(jìn)行外包角鋼加固設(shè)計(jì)時(shí)，可以適當(dāng)考慮角鋼和綴板共同作用下的套箍作用，該作用有助于提高混凝土柱的承載力。

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