既有框架結構節點核心區周圍的錨固

發布時間:2019-03-19 點擊次數:637 新聞來源:【本站】

 

既有框架結構節點核心區周圍的錨固

佟建國

(四川國方建筑機械有限公司  成都610045)

【提要】既有建筑進行加固改造不可避免的受到原結構以及使用功能要求等諸多限制,特別是節點核心區域及其周圍的復雜受力和內部構造,如果完全滿足設計規范(規程)條文很難實現。本文力求在掌握現行規范(規程)原則的前提下,緊密結合實際,采取有效措施靈活運用,保證新增構件與原結構連接可靠、牢固結合,從而達到共同工作的目的,使新增荷載有效地傳遞到復合構件上。

【關鍵詞】既有結構 梁柱節點 加固改造 錨固 共同工作 二次受力 卸載

 0、 問題

新增加的構件及材料通過粘接、嵌入、植入、注入、圍包、焊接、覆蓋、噴射、預應力等技術手段與原主體結構緊密結合,形成新的整體共同工作,從而達到補強加固、增設構件以及改變受力的目的。這里特別應該提到的是緊密結合是必須的,但不是唯一的,唯一的是必須達到共同工作,使新增荷載有效的傳遞到復合構件上,從而經受使用、環境和時間帶來的考驗,這應該是加固技術最基本的機理和概念。

但筆者通過多年觀察實踐,對于既有框架結構節點核心區周圍的錨固補強除施I原因外,發現一-些加固的設計大樣、圖解以及施工方案都不同程度的存在問題和不足,特別是梁、板負彎矩在支座處的錨固補強以及新增荷載較大的構件,分析原因不難看出其所在,而且有時還同時并存于:

(1)、結構加固設計前未對原結構進行必要的鑒定和現場調研;

(2)、基本概念模糊;

(3).設計不合理;

(4)、設計符合原理,

(5)、施工方法及工藝步驟不對;

(6)、施工前未進行必要合理的支撐和卸載。

 1、分析

我們知道,補強加固是提高結構構件能力的過程,是一項多技術手段的綜合作業。我們在施工過程中對每一種材料或技術手段是否達到要求可以進行可靠的檢測,比如原材料的強度檢測,新舊材料或兩種不同材料之間的結合強度等,但整體完工后是否達到共同工作或載荷要求,到目前為止還沒有一種可靠簡便的測試方法,為了保險起見,一些材料規定或選取的設計值與標準值相差甚遠,從而也造成了節點過大以及材料的浪費。更重要的是近年來加固工程出現的隱患,特別是梁、板新增結構出現的裂縫應該引起我們的高度重視,只要出現,就是無效失敗的補強,必須重新進行,這是因為補強結構屬于二次受力的破壞,與一般未經過補強的普通結構有很大差異,在補強前即使去掉全部活荷載,其原結構也已受力且原結構混凝土收縮變形已完成,補強后,隨著荷載的增加,原結構的應力應變值都比較高,但新增材料或構件并不會立即分擔荷載,而是在荷載超出原結構的荷載前提下才可能出現。也就是說新增材料或構件的應力、應變始終滯后于原結構的累計應力、應變,如果這時由于設計、施工以及結合界面處理不當,新增材料或構件的應力、應變就不會出現或者還很低,這時必然原結構出現斷裂,全部荷載施加于新增材料或構件上,新增材料或構件必然無法承擔而出現斷裂,這種情況是非常危險的。

因此,不難看出我們在深入設計大樣以及施工中,關鍵是解決一次受力和二次受力之間有效的傳遞關系。原結構一次受力達到極限值時,新增補強結構的二次受力能夠及時的補償并做出應有的貢獻,使新增載荷有效的傳遞到復合構件上,這就是我們所說的共同工作。這方面的機理研究,我國的科技及設計工作者已做了深入的解析,但實際應用中明顯感到不足和差距。

補強結構的這些受力特征,決定了混凝土結構補強設計計算、構造及施工,但在抗彎設計中普遍未進行二_次受力計算, -般采用補差式的簡化方法,這種方法過高的估計了構件實際抗彎能力,在恒荷載較大時這種簡化的方法就偏于不安全了。

 2、設計與施工

解決了以上提出的問題,大樣的深入設計就必須要有針對性了,及針對補強材料的受力特征、針對支座處的結構特點,以及針對二次受力如何接應一次受力進行進行設計。通常情況下梁、板負彎矩錨固補強受使用條件限制,是在不改變其截面的條件下增大其抗彎承載力。這里無論采用粘貼鋼板、粘貼碳纖維片材還是采用植筋的手段都必須將補強材料牢固的錨入支座內,并將受力方向平行于梁的負彎鋼筋,充分利用補強材料的抗拉能力達到增大抗彎承載力,這是非常重要的環節。加固中常出現錯誤的是采用粘貼或圍箍的方法將補強材料呈90°彎起,這種方法無法迎合原構件的極限應力,無論如何圍包都相當于錨固在保護層上,很容易撕裂剝離,過早失效。因此筆者建議《混凝土結構加固設計規范GB50367 - 2006 )》圖9.9.3-3錨固構造示例應進行必要及時的修改。

新增加固材料及構件與原主體結構緊密結合是加固成功的關鍵所在,為了獲得良好的粘合效果,原有混凝土基層必須堅固、干凈沒有任何妨礙粘合的雜質存在,同時原有混凝土基層表面必須有開放的毛細孔,這是非常重要的。因為粘合的主要機理是粘結材料被吸入混凝上的毛細孔中,如果這些毛細孔被砂漿或灰塵等雜物堵塞吸收就不可能進行。粘貼碳纖維片材所用底膠新舊混凝土結合內采用的界面劑以及澆注混凝土前涂刷水泥漿的老方法都是這種機理。近年來,關于新舊混凝土粘結性的研究受到了高度的關注,將其作為現有建筑加固改造的重點內容之一。 由于粘結界面受力較為復雜,影響粘結性的因素較多,但歸納起來著重為:

(1)、原混凝土基層的強度及質量;

(2)、基層的處理方法;

(3)、新增材料粘結力和強度;

(4)、使用環境而后養護方式。

既有結構進行加固處理與普通結構施工有很大的差異,不可避免的受到既有構件以及使用功能諸多限制,特別是節點核心區域結構復雜鋼筋密集,以及新增載荷較大的構件。如果完全套用和滿足設計規范規程條文施工無法進行,因此掌握規范(規程)原則根據鑒定評估及結構加固設計和工程實際相結合,靈活設計施I是解決實際問題的根本所在。在發生沖突時,我們應該掌握以下原則:

(1)、結構加固設計前對原結構進行必要的鑒定和現場調研;

(2)、加固方案確定應根據可行性鑒定確認的結果及加固原因(如完好情況下的加固或受損狀態下的加固)結合構造特點、條件和新功能要求等因素并按加固效果可靠、施工簡便、經濟合理原則,綜合分析確定;

(3)、由于節點處梁、柱相交的不同狀態,其節點受力的分布也不一樣。角柱節點的受力影響最大,而其中柱節點由于四周梁的約束影響較小,但在地震作用下應加強抗剪能力,對于邊柱節點,柱的抗彎能力比較大。在強柱弱梁的狀態下,容易滿足要求。但容易發生梁筋和柱筋的粘結滑移,頂層邊框架節點比較復雜節點核心區容易發生破壞,頂層中柱節點的抗彎能力比梁的抗彎能力弱等等。從而根據這些不同的受力狀態進行方案選擇;

(4)、力求簡化以及不損傷或盡量減少原結構的損傷。

3、卸載

只有通過卸載,才能讓新增的載荷有荷的傳遞到復合構件上。一般來說,混凝土構件的拉力都是由鋼筋來承載的,卸載就是將鋼筋受到的拉應力盡可能的卸除。如果受壓區出現破損,也會導致應力在其周圍重新分布,出現過載和過度的形變,這時更需要將荷載卸除從而保證荷載能正常分擔在新增加固構件.上。卸載分為直接卸載和間接卸載,直接卸載是將活荷載移離加固區域或將可恢復的墻體等拆離。間接卸載是采用反向力施加于原結構以抵消或降低原有作用效應,直接卸載直觀定量,但可卸荷載有限,間接卸載量值無限但施工中不易控制。理論上講,加固前應該百分之百將載荷卸除,但由于原結構混凝土收縮變形已完成和受力的復雜因數,加之通常采用千斤頂或臨時支柱進行卸載,不易定量。為施工方便起見,簡而易見的方法是采用最大提升量不大于荷載的千斤頂。實際中卸除荷載的60% ~ 80%是比較合理的。

4、大樣

筆者根據以上特點及原則提供以下大樣供設計和施工技術人員參考,力求在掌握現行規范(規程)原則的前提下靈活的設計施工,其截面尺寸和配筋按本文要求驗證。

圖1:核心區梁柱節點加大截面

實例:成都某大廈一層中柱,由于施工質量差,梁、柱結合處混凝土出現疏松狗洞。(1997年)

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實例:四川師范大學AT學院教學樓加層(2003年)


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圖3 采用十字型柱設置立柱

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實例:成都世紀城天鵝湖D棟在30層(100m)增設陽臺(160㎡)主體為框剪結構,陽臺為鋼結構,其鋼立柱與原主體立柱采用混凝土座臺預埋板結合。(2007年)

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實例:四川某大學老校區職工宿舍處理挑梁根部開裂,鉆孔后穿入4Φ22鋼筋并錨固。(1999年)

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實例:成都原匯通大廈(32層)屋頂邊梁電梯帽原為正方形,為增加效果,將其改為圓形帽,由于植入柱中圓弧太大,故采用在邊梁鉆孔并穿入(錨固)梁筋后,其端頭錨入增設的牛腿中。(2001年)

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圖8:粘鋼、植筋合二為一增加梁負彎承載力

實例:成都國際會展中心一期,將2Φ25鋼筋焊在鋼板上后,植入并粘貼鋼板。(1999年)


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    5、結語

多年的工程實踐證明,充分靈活的運用現行規范(規程)提供的基本規定、加固方法以及施工技術。只要設計構思正確,施工工藝切實可行,就能達到預期目的。筆者希望通過本

文能給予設計和施工技術人員一定的幫助。

參考文獻

[1]、唐業清主編建筑物改造與病害處理北京:中國建筑工業出版社2001.10

[2]、張熙光等編建筑抗震鑒定手冊北京:中國建筑工業出版社2001.6

[3]、中國有色工程設計研究總院主編混凝土結構構造手冊北京:中國建筑工業出版社2003.7

[4]、混凝土結構加固設計規范( GB50367-2006 )北京:中國建筑工業出版社2006


 

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