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既有框架结构节点核心区周围的锚固

发布时间:2019-03-19 点击次数:728 新闻来源:【本站】

 

既有框架结构节点核心区周围的锚固

佟建国

(四川国方建筑机械有限公司  成都610045)

【提要】既有建筑进行加固改造不可避免的受到原结构以及使用功能要求等诸多限制,特别是节点核心区域及其周围的复杂受力和内部构造,如果完全满足设计规范(规程)条文很难实现。本文力求在掌握现行规范(规程)原则的前提下,紧密结合实际,采取有效措施灵活运用,保证新增构件与原结构连接可靠、牢固结合,从而达到共同工作的目的,使新增荷载有效地传递到复合构件上。

【关键词】既有结构 梁柱节点 加固改造 锚固 共同工作 二次受力 卸载

 0、 问题

新增加的构件及材料通过粘接、嵌入、植入、注入、围包、焊接、覆盖、喷射、预应力等技术手段与原主体结构紧密结合,形成新的整体共同工作,从而达到补强加固、增设构件以及改变受力的目的。这里特别应该提到的是紧密结合是必须的,但不是唯一的,唯一的是必须达到共同工作,使新增荷载有效的传递到复合构件上,从而经受使用、环境和时间带来的考验,这应该是加固技术最基本的机理和概念。

但笔者通过多年观察实践,对于既有框架结构节点核心区周围的锚固补强除施I原因外,发现一-些加固的设计大样、图解以及施工方案都不同程度的存在问题和不足,特别是梁、板负弯矩在支座处的锚固补强以及新增荷载较大的构件,分析原因不难看出其所在,而且有时还同时并存于:

(1)、结构加固设计前未对原结构进行必要的鉴定和现场调研;

(2)、基本概念模糊;

(3).设计不合理;

(4)、设计符合原理,

(5)、施工方法及工艺步骤不对;

(6)、施工前未进行必要合理的支撑和卸载。

 1、分析

我们知道,补强加固是提高结构构件能力的过程,是一项多技术手段的综合作业。我们在施工过程中对每一种材料或技术手段是否达到要求可以进行可靠的检测,比如原材料的强度检测,新旧材料或两种不同材料之间的结合强度等,但整体完工后是否达到共同工作或载荷要求,到目前为止还没有一种可靠简便的测试方法,为了保险起见,一些材料规定或选取的设计值与标准值相差甚远,从而也造成了节点过大以及材料的浪费。更重要的是近年来加固工程出现的隐患,特别是梁、板新增结构出现的裂缝应该引起我们的高度重视,只要出现,就是无效失败的补强,必须重新进行,这是因为补强结构属于二次受力的破坏,与一般未经过补强的普通结构有很大差异,在补强前即使去掉全部活荷载,其原结构也已受力且原结构混凝土收缩变形已完成,补强后,随着荷载的增加,原结构的应力应变值都比较高,但新增材料或构件并不会立即分担荷载,而是在荷载超出原结构的荷载前提下才可能出现。也就是说新增材料或构件的应力、应变始终滞后于原结构的累计应力、应变,如果这时由于设计、施工以及结合界面处理不当,新增材料或构件的应力、应变就不会出现或者还很低,这时必然原结构出现断裂,全部荷载施加于新增材料或构件上,新增材料或构件必然无法承担而出现断裂,这种情况是非常危险的。

因此,不难看出我们在深入设计大样以及施工中,关键是解决一次受力和二次受力之间有效的传递关系。原结构一次受力达到极限值时,新增补强结构的二次受力能够及时的补偿并做出应有的贡献,使新增载荷有效的传递到复合构件上,这就是我们所说的共同工作。这方面的机理研究,我国的科技及设计工作者已做了深入的解析,但实际应用中明显感到不足和差距。

补强结构的这些受力特征,决定了混凝土结构补强设计计算、构造及施工,但在抗弯设计中普遍未进行二_次受力计算, -般采用补差式的简化方法,这种方法过高的估计了构件实际抗弯能力,在恒荷载较大时这种简化的方法就偏于不安全了。

 2、设计与施工

解决了以上提出的问题,大样的深入设计就必须要有针对性了,及针对补强材料的受力特征、针对支座处的结构特点,以及针对二次受力如何接应一次受力进行进行设计。通常情况下梁、板负弯矩锚固补强受使用条件限制,是在不改变其截面的条件下增大其抗弯承载力。这里无论采用粘贴钢板、粘贴碳纤维片材还是采用植筋的手段都必须将补强材料牢固的锚入支座内,并将受力方向平行于梁的负弯钢筋,充分利用补强材料的抗拉能力达到增大抗弯承载力,这是非常重要的环节。加固中常出现错误的是采用粘贴或围箍的方法将补强材料呈90°弯起,这种方法无法迎合原构件的极限应力,无论如何围包都相当于锚固在保护层上,很容易撕裂剥离,过早失效。因此笔者建议《混凝土结构加固设计规范GB50367 - 2006 )》图9.9.3-3锚固构造示例应进行必要及时的修改。

新增加固材料及构件与原主体结构紧密结合是加固成功的关键所在,为了获得良好的粘合效果,原有混凝土基层必须坚固、干净没有任何妨碍粘合的杂质存在,同时原有混凝土基层表面必须有开放的毛细孔,这是非常重要的。因为粘合的主要机理是粘结材料被吸入混凝上的毛细孔中,如果这些毛细孔被砂浆或灰尘等杂物堵塞吸收就不可能进行。粘贴碳纤维片材所用底胶新旧混凝土结合内采用的界面剂以及浇注混凝土前涂刷水泥浆的老方法都是这种机理。近年来,关于新旧混凝土粘结性的研究受到了高度的关注,将其作为现有建筑加固改造的重点内容之一。 由于粘结界面受力较为复杂,影响粘结性的因素较多,但归纳起来着重为:

(1)、原混凝土基层的强度及质量;

(2)、基层的处理方法;

(3)、新增材料粘结力和强度;

(4)、使用环境而后养护方式。

既有结构进行加固处理与普通结构施工有很大的差异,不可避免的受到既有构件以及使用功能诸多限制,特别是节点核心区域结构复杂钢筋密集,以及新增载荷较大的构件。如果完全套用和满足设计规范规程条文施工无法进行,因此掌握规范(规程)原则根据鉴定评估及结构加固设计和工程实际相结合,灵活设计施I是解决实际问题的根本所在。在发生冲突时,我们应该掌握以下原则:

(1)、结构加固设计前对原结构进行必要的鉴定和现场调研;

(2)、加固方案确定应根据可行性鉴定确认的结果及加固原因(如完好情况下的加固或受损状态下的加固)结合构造特点、条件和新功能要求等因素并按加固效果可靠、施工简便、经济合理原则,综合分析确定;

(3)、由于节点处梁、柱相交的不同状态,其节点受力的分布也不一样。角柱节点的受力影响最大,而其中柱节点由于四周梁的约束影响较小,但在地震作用下应加强抗剪能力,对于边柱节点,柱的抗弯能力比较大。在强柱弱梁的状态下,容易满足要求。但容易发生梁筋和柱筋的粘结滑移,顶层边框架节点比较复杂节点核心区容易发生破坏,顶层中柱节点的抗弯能力比梁的抗弯能力弱等等。从而根据这些不同的受力状态进行方案选择;

(4)、力求简化以及不损伤或尽量减少原结构的损伤。

3、卸载

只有通过卸载,才能让新增的载荷有荷的传递到复合构件上。一般来说,混凝土构件的拉力都是由钢筋来承载的,卸载就是将钢筋受到的拉应力尽可能的卸除。如果受压区出现破损,也会导致应力在其周围重新分布,出现过载和过度的形变,这时更需要将荷载卸除从而保证荷载能正常分担在新增加固构件.上。卸载分为直接卸载和间接卸载,直接卸载是将活荷载移离加固区域或将可恢复的墙体等拆离。间接卸载是采用反向力施加于原结构以抵消或降低原有作用效应,直接卸载直观定量,但可卸荷载有限,间接卸载量值无限但施工中不易控制。理论上讲,加固前应该百分之百将载荷卸除,但由于原结构混凝土收缩变形已完成和受力的复杂因数,加之通常采用千斤顶或临时支柱进行卸载,不易定量。为施工方便起见,简而易见的方法是采用最大提升量不大于荷载的千斤顶。实际中卸除荷载的60% ~ 80%是比较合理的。

4、大样

笔者根据以上特点及原则提供以下大样供设计和施工技术人员参考,力求在掌握现行规范(规程)原则的前提下灵活的设计施工,其截面尺寸和配筋按本文要求验证。

图1:核心区梁柱节点加大截面

实例:成都某大厦一层中柱,由于施工质量差,梁、柱结合处混凝土出现疏松狗洞。(1997年)

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实例:四川师范大学AT学院教学楼加层(2003年)


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图3 采用十字型柱设置立柱

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实例:成都世纪城天鹅湖D栋在30层(100m)增设阳台(160㎡)主体为框剪结构,阳台为钢结构,其钢立柱与原主体立柱采用混凝土座台预埋板结合。(2007年)

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实例:四川某大学老校区职工宿舍处理挑梁根部开裂,钻孔后穿入4Φ22钢筋并锚固。(1999年)

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实例:成都原汇通大厦(32层)屋顶边梁电梯帽原为正方形,为增加效果,将其改为圆形帽,由于植入柱中圆弧太大,故采用在边梁钻孔并穿入(锚固)梁筋后,其端头锚入增设的牛腿中。(2001年)

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图8:粘钢、植筋合二为一增加梁负弯承载力

实例:成都国际会展中心一期,将2Φ25钢筋焊在钢板上后,植入并粘贴钢板。(1999年)


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    5、结语

多年的工程实践证明,充分灵活的运用现行规范(规程)提供的基本规定、加固方法以及施工技术。只要设计构思正确,施工工艺切实可行,就能达到预期目的。笔者希望通过本

文能给予设计和施工技术人员一定的帮助。

参考文献

[1]、唐业清主编建筑物改造与病害处理北京:中国建筑工业出版社2001.10

[2]、张熙光等编建筑抗震鉴定手册北京:中国建筑工业出版社2001.6

[3]、中国有色工程设计研究总院主编混凝土结构构造手册北京:中国建筑工业出版社2003.7

[4]、混凝土结构加固设计规范( GB50367-2006 )北京:中国建筑工业出版社2006