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柱加固技术剖析

房屋结构构件柱在长期的自然环境和使用环境的作用下,其功能必然逐渐减弱,采取有效的柱加固方法以保证结构安全的使用,柱的加固方法有多种,常用的有增大截面法、预应力法、外包钢法、卸除外载法和增加支撑法等。

下面对各种柱加固方法分别加以阐述。


一、增大截面柱加固法

该法又称为外包混凝土加固法。由于外包混凝土加大了原柱的混凝土截面及配筋量,因此采用这种方法不仅可以提高原柱的承载力,还可降低柱子的长细比,从而提高柱子的刚度。增大截面加固法有四周外包、单面加厚和两面加厚等方式。对中心受压柱常采用四面外包套加固,偏心受压柱常采用单侧或双侧加厚层加固。

柱加固

四周外包加固法是将原柱的角部保护层打去,露出角部纵筋,然后再外部配筋,浇筑成八角形,以改善加固后的外观效果。采用四周外包加固法效果好,可明显提高轴压及小偏心受压柱的受压能力。当柱子承受的弯矩较大时,往往采用仅在与弯矩作用面相垂直的侧面进行加厚。

常采用支模浇捣的方式浇筑外包混凝土,目前应用较多的是喷射混凝土法,其工艺简单,施工方便,不需或只需少量模板,特别适用于复杂柱的表面。当后浇层较厚时,可以进行多次喷射。在增大截面法加固柱的设计和施工中,应加强新、旧柱之间的结合和联系,使他们形成整体,充分发挥新柱的作用。


二、外包钢加固混凝土柱法

该法就是在混凝土柱的四角或两面包以型钢的一种加固方法。采用外包钢加固法可使混凝土柱的承载力有较大幅度提高,但是截面尺寸增加不多。外包钢加固法根据型钢与柱表面的处理方式的不同分为:干式外包钢加固法和湿式外包钢加固法。前者是指型钢直接包于原柱外侧,但与柱无粘结,或者虽然填塞了水泥砂浆却不能保证结合层剪力的有效传递。后者是在型钢与原柱表面留有一定的间隔,在其间填塞环氧砂浆或乳胶水泥砂浆或浇灌细石混凝土等使两者粘结为一体的方法。

加固后柱子的承载力不但提高了,又由于柱子的核心混凝土受到型钢套箍的约束,同时使柱子的延性也得到了提高。应当注意的是,干式外包钢构架的变形与原柱的变形并不协调,因此,宜按各自的刚度将外力分配给外包型钢和原柱。然后分别验算原柱承载力,最后设计钢构架。


三、钢柱加固法

(一)一般的做法有:

1、补强柱的截面;由于是钢柱,所以可直接采用焊接或高强螺栓的方式,用钢板或型钢直接与原柱相连从而起到补强截面的作用。具体加固时要根据柱的受力特点的不同而采用相应的形式。

2、增设支撑;增加侧向支撑能减小柱的自由长度,从而提高承载力和稳定性。

3、改变计算简图,减少柱外荷载或内力。

4、在钢柱四周外包钢筋混凝土;与钢筋混凝土柱外包型钢的道理差不多,通过这种方式,可以明显提高承载力,而且外包的混凝土可以对型钢进行保护。如果原型钢柱截面尺寸不太大,可采用全截面外包混凝土加固法;如果原钢柱截面较大或原柱承载力差的不多,则只需对压肢采用外包混凝土的办法进行加固,形成组合结构。

外包的混凝土还应配置纵筋和箍筋,其构造要求同普通钢筋混凝土柱。

(二)除了柱身的加固以外,还要特别注意柱脚的加固:

1、柱脚底板厚度不足时:

(1)可增设柱脚加劲肋,从而减小底板计算弯矩。

(2)在柱脚型钢间浇筑混凝土,使柱脚底板成为刚性块体。但要注意清除柱脚表面的油漆和锈蚀,以增加粘结力。

2、柱脚锚固不足时:

(1)增设附加锚栓。由于需要在混凝土基础上砖出孔洞插入附加锚栓,所以适用于混凝土基础较宽大的情况。锚栓还需用环氧砂浆或硫磺砂浆等固定住。

(2)将整个柱脚包以钢筋混凝土,外包混凝土里的钢筋要伸入基础内,于基础原有的钢筋焊接。


四、柱子的预应力加固法

柱子预应力加固法,是指在加固过程中,对加固用的撑杆施加预顶升力,以达到卸除原柱承担的部分外力,减少撑杆的应力滞后,充分发挥其加固作用的一种方法。该方法适用于应力较高或变形较大而外荷载又较难卸除以及损坏较严重的柱子。一般,对轴心受压柱,应采用对称双面预应力撑杆加固;对偏心受压柱,一般仅需对受压边用预应力撑杆加固,而受拉边多采用非预应力法加固。

包钢加固

五、外包混凝土加固砖柱

外包混凝土加固砖柱包括单侧、两侧和四周加固。

1、侧面外包混凝土加固

适用于砖柱承受的弯矩较大时,可仅在受压面增设混凝土层或双面增设。

不管采用哪种方式,新旧柱的连接结合非常重要。所以双面加固时箍筋要连通,在原砖柱上打入混凝土钉或膨胀螺栓等。而且当柱截面高度h大于370mm,应将原砖柱的角砖每隔5皮打掉一块,以便新旧柱能很好咬合。侧面增加混凝土层加固后的砖柱即成为组合砖砌体,规范对此类配筋混凝土有专门的规定。

2、四周外包混凝土加固砖柱

此法用于轴心受压砖柱及小偏心受压砖柱,其承载力的提高效果特别显著。

当外包层较薄时亦可用砂浆。但砂浆等级不得低于M7.5,同时应设封闭箍筋,间距不宜超过150mm。

这样加固之后,是砖柱的侧向变形受到约束,受力类似于网状配筋砖砌体。相应规范中也有针对性条文。


六、外包钢加固砖柱

外包钢加固砖柱的一般做法是:用水泥砂浆将角钢粘贴于砖柱的四角,并用卡具夹紧,随即用缀板将角钢连成整体,随后去掉卡具,再刷水泥砂浆以保护角钢。角钢应可靠地锚入基础,在顶部应有良好的锚固措施以保证其有效地工作。

经外包加固后,砌体变为组合砖砌体,但由于缀板和角钢对砖柱的横向变形起到一定的约束作用,使砖柱的抗压强度有所提高。据试验,抗侧力甚至可提高10倍以上,因而它本质上改变了砖砌体脆性破坏的特征。


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