外包钢混凝土框架柱加固效果的应用研究

外包钢混凝土框架柱加固效果的应用研究

马瑞彦杜慧慧

河北工程技术学院石家庄050091

摘要：本文通过对某工程柱采用外包钢进行了加固效果的研究。从各角度如外包钢加固柱受力特点、外包钢加固柱端锚固及节点构造、加固施工、加固后质量检验及使用维护管理进行了层层分析研究和探讨，直接或间接的都会影响加固效果的发挥，同时提出采取相应的技术措施避免影响加固效果，保证工程质量，达到安全、可靠的目的。为今后外包钢加固柱在实际工程中的应用提供一定的理论基础。

关键词：外包钢加固法；钢筋混凝土柱；加固效果；卸载；节点；承载能力

1引言

我国在不断进行新建设、新技术开发研究的社会，各类建筑物面临着材料的老化、使用功能要求的改变，而且原有建筑的低标准、建筑的老龄化等引起的结构安全问题开始引起人们的关注，在考虑昂贵的拆建费用以及对环境的严重影响，并且能够缩减对我国有限土地资源的占用，对已存在的建筑物进行补强加固继续使用有着非常重要的意义。近十多年来，结构鉴定与加固改造在我国得以迅速发展并作为一门新的科学技术正在逐渐形成，也已经成为土木工程技术人员知识更新的重要内容。

在众多的加固方法中，外包钢加固法尤为适合于被加固的构件截面尺寸受到较严格控制，而又要较大幅度的提高承载力的情况，同时外包钢加固法还具有施工简便，现场工作量较小和受力可靠等优点，因而，在结构补强领域受到极大的关注，是一种使用面积广的传统加固方法。

2工程概况

某办公楼为现浇钢筋混凝土框架结构，底层中柱截面尺寸为400×500mm2，对称配筋共配6根直径18，柱计算高度5400mm,混凝土强度等级为C20,环境类别为一类。因业主计划加层，需要承受轴向荷载：恒荷载标准值1200KN，活荷载标准值为1000KN。经结构承载力计算原柱极限承载力1990KN＜2840KN，不满足要求，必须进行加固后才允许加层施工。由于底层用途为商业店层，不允许加大截面，故决定采用外包钢加固法进行加固。经比较，干式外包钢施工虽然简便，但在提高承载力方面不如湿式外包钢，因此采用湿式外包钢加固法进行加固。为确保加固效果，对影响外包钢加固柱效果的因素进行分析研究，目的在于探索外包钢在加固柱中的受力，及对外包钢的作用机理有更进一步的了解。

3外包钢加固效果的影响因素及措施

3.1外包钢加固柱的受力特点的分析

加固结构属于二次受力结构，构件加固前为第一次受力，尤其是当结构因承载能力不足进行加固时，截面的应力应变水平都很高。然而，构件在加固后并不会立即分担荷载，而是在第二次加载情况下，才开始受力，应力应变始终滞后于原构件达到极限状态。因此，在破坏时，角钢加固其潜力可能得不到充分的发挥，致使结构加固效果不理想。为解决新旧两部分整体共同受力的问题，需要对原结构进行卸载，以此应力应变滞后现象得到缓解，乃至消失。可以实现临近破坏时，新旧两部分共同进入破坏状态，提高加固构件的极限承载力，充分发挥角钢的承受荷载能力。

其次，加固结构为二次组合结构，加固结构在受力时，尤其在临近破坏时，结合面会出现拉、压、剪等复杂的应力状态，这就存在新、旧两部分共同受力的问题。因此，新旧两部分整体共同工作的关键主要在于结合面能否有效结合传力和承担以此提高整体的承载能力，而且变形不能过大。结合面传递压力，一般不存在问题，主要是在受力过程中承担剪力和拉力，结合层就成为了薄弱环节。为结合面满足受剪和受拉承载力要求，设配置一定数量的贯通结合面的剪切-摩擦筋，利用钢筋所产生的被动剪切-摩擦力来抵抗结合面所出现的剪力和拉力。

3.2外包钢加固柱端锚固及节点构造的分析

外包钢加固端部的锚固和连接，是保证加固柱能够很好工作的关键因素之一，因此在此位置受力为薄弱点，处理不好直接影响结构的承载能力。因此在加固柱端部锚固（构件节点）位置处为设计及施工的难点和重点工作。设计时，既要确保加固构件节点处安全、可靠，同时又要考虑到加固施工现场可操作性，并充分注意节点构造的细部设计。

结合《混凝土结构设计规范》的构造要求，加固端锚固及节点锚固结合外包钢的两端应有可靠的连接和锚固（如图1、图2所示）。对柱的加固，角钢下端应锚固与基础中；中间应穿过各层楼板，上端应伸至加固层的上一层楼板底或屋面板底；若相邻两层柱的尺寸不同，可将上下柱外粘型钢交汇于楼面，并利用其内外间隔嵌入厚度不小于10mm的钢板焊成水平钢框，与上下柱角钢及上柱钢箍相互焊接固定。对梁的加固，梁角钢（或钢板）应与柱角钢相互焊接。必要时，可加焊扁钢带或钢筋条，使柱两侧的梁相互连接；对桁架的加固，角钢应伸过该杆件两端的节点，或设置节点板将角钢焊在节点板上，满足相应的构造要求，确保结构的安全使用。

本工程经设计计算选用角钢80×8，角钢和缀板的连接处采用焊接，角钢与基础连接部位缀板加密，节点处加宽缀板加强，结构胶锚固在原基础内。

3.3外包钢加固施工的分析

加固前，应将柱界面棱角打磨成半径不小于20mm的圆角，四角在加固前刨平，否则在棱角处容易产生应力集中，影响加固效果。同时界面要进行处理，混凝土界面应打毛除掉浮层，经修整露出坚实的新结构面；钢骨架及钢套箍与混凝土的粘合面也要经修整除去锈皮。

钢骨架的安装及焊接，应采用专门的夹具箍牢、顶紧角钢后再进行焊接，可以使加固角钢的缀板中建立一定的预拉应力，使得角钢表面和混凝土之间摩阻力增大，混凝土的横向变形约束作用相对加强。骨架安装时，每隔一定距离粘贴小垫片，使骨架与柱之间留有缝隙，以备压注胶液；焊接时焊缝应平直、焊波应均匀，无虚焊、漏焊，焊缝要符合《钢结构工程施工质量验收规范》，否则加固效果大大降低。

该工程加固柱在注胶（结构胶）及注浆（高强无收缩灌浆料）施工前，应严格按照产品标准规定的技术指标进行适用性检查和试运作安全检查，检查结果合格后方可使用。灌注用结构胶黏剂试配，测定其初粘度，若超出《建筑结构加固工程施工质量验收规范》规定的上限，应查明原因。对注胶及注浆全过程应进行实时控制，压力应保持稳定，且应始终处于设计规定的区间内。当排气孔冒出浆液时，应停止加压，并进行堵孔。然后再以较低压力维持10分钟，方可停止注胶（或注浆）。当注胶结束后，应静置72h进行固化过程的养护。养护期间，被加固部位不得受任何桩基和震动的影响。养护环境的气温应符合规定要求。另外，施工单位的加固工程经验和技术水平，对加固的效果和安全起到重要的作用，要求有具有特种专业工程施工资质企业完成。

3.4加固后的质量检查及使用中的维护管理分析

关注加固后的质量检查结果，检验是否达到加固设计预期的加固效果，确保加固构件的安全。在检查其型钢肢安装、缀板焊接合格的基础上，对注胶质量进行检验和探测，由相关人员在现场用仪器或敲击法进行探测，探测结果以空鼓率不大于5%为合格，进行现场检验与合格评定。同时，加固构件注胶孔和排气孔的封闭应平整。构件在加固后的使用过程中，也要注意维护管理，对于使用环境以及正常使用过程中一切能够影响加固效果的都要进行其维护。因为使用及管理不当，直接影响加固效果的发挥。因此对于加固后的质量检查及维护管理也要引起重视。

4结束语

目前，随着我国经济的飞速发展，因项目改、扩建使用外包钢加固工程越来越多，并且加固改造行业逐步向着规范化、有序化、健康化的方向发展，研究加固工程影响加固效果的分析，对加固工程的发展有着十分重要的现实意义。本文结合工程实际加固，进行层层分析影响外包钢加固效果的因素，从受力特点、具体加固节点、设计及施工各方面着手分析，发现在加固整个过程中都有影响加固效果的因素，各方面都应引起足够的重视，保证工程质量，达到安全、可靠的目的。

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