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既有框架結(jié)構(gòu)節(jié)點核心區(qū)周圍的錨固

發(fā)布時間：2019-03-19 點擊次數(shù)：2199 新聞來源：【本站】

既有框架結(jié)構(gòu)節(jié)點核心區(qū)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(jié)構(gòu)以及使用功能要求等諸多限制,特別是節(jié)點核心區(qū)域及其周圍的復雜受力和內(nèi)部構(gòu)造,如果完全滿足設(shè)計規(guī)范(規(guī)程)條文很難實現(xiàn)。本文力求在掌握現(xiàn)行規(guī)范(規(guī)程)原則的前提下,緊密結(jié)合實際,采取有效措施靈活運用,保證新增構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)連接可靠、牢固結(jié)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(gòu)件上。

【關(guān)鍵詞】既有結(jié)構(gòu) 梁柱節(jié)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(gòu)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(shù)手段與原主體結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合,形成新的整體共同工作,從而達到補強加固、增設(shè)構(gòu)件以及改變受力的目的。這里特別應該提到的是緊密結(jié)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(gòu)件上，從而經(jīng)受使用、環(huán)境和時間帶來的考驗,這應該是加固技術(shù)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(jié)構(gòu)節(jié)點核心區(qū)周圍的錨固補強除施I原因外,發(fā)現(xiàn)一-些加固的設(shè)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(gòu)件,分析原因不難看出其所在,而且有時還同時并存于:

(1)、結(jié)構(gòu)加固設(shè)計前未對原結(jié)構(gòu)進行必要的鑒定和現(xiàn)場調(diào)研;

(2)、基本概念模糊;

(3).設(shè)計不合理;

(4)、設(shè)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(jié)構(gòu)構(gòu)件能力的過程，是一項多技術(shù)手段的綜合作業(yè)。我們在施工過程中對每一種材料或技術(shù)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(jié)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(guī)定或選取的設(shè)計值與標準值相差甚遠,從而也造成了節(jié)點過大以及材料的浪費。更重要的是近年來加固工程出現(xiàn)的隱患,特別是梁、板新增結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫應該引起我們的高度重視,只要出現(xiàn),就是無效失敗的補強,必須重新進行,這是因為補強結(jié)構(gòu)屬于二次受力的破壞,與一般未經(jīng)過補強的普通結(jié)構(gòu)有很大差異，在補強前即使去掉全部活荷載，其原結(jié)構(gòu)也已受力且原結(jié)構(gòu)混凝土收縮變形已完成，補強后,隨著荷載的增加,原結(jié)構(gòu)的應力應變值都比較高,但新增材料或構(gòu)件并不會立即分擔荷載,而是在荷載超出原結(jié)構(gòu)的荷載前提下才可能出現(xiàn)。也就是說新增材料或構(gòu)件的應力、應變始終滯后于原結(jié)構(gòu)的累計應力、應變,如果這時由于設(shè)計、施工以及結(jié)合界面處理不當，新增材料或構(gòu)件的應力、應變就不會出現(xiàn)或者還很低,這時必然原結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂,全部荷載施加于新增材料或構(gòu)件上,新增材料或構(gòu)件必然無法承擔而出現(xiàn)斷裂,這種情況是非常危險的。

因此，不難看出我們在深入設(shè)計大樣以及施工中，關(guān)鍵是解決一次受力和二次受力之間有效的傳遞關(guān)系。原結(jié)構(gòu)一次受力達到極限值時,新增補強結(jié)構(gòu)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(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)的這些受力特征,決定了混凝土結(jié)構(gòu)補強設(shè)計計算、構(gòu)造及施工,但在抗彎設(shè)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(gòu)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(shè)計與施工

解決了以上提出的問題,大樣的深入設(shè)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(jié)構(gòu)特點,以及針對二次受力如何接應一次受力進行進行設(shè)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(nèi),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(huán)節(jié)。加固中常出現(xiàn)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(gòu)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(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范GB50367 - 2006 )》圖9.9.3-3錨固構(gòu)造示例應進行必要及時的修改。

新增加固材料及構(gòu)件與原主體結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合是加固成功的關(guān)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(zhì)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(jié)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(jié)合內(nèi)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(guān)于新舊混凝土粘結(jié)性的研究受到了高度的關(guān)注,將其作為現(xiàn)有建筑加固改造的重點內(nèi)容之一。由于粘結(jié)界面受力較為復雜,影響粘結(jié)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(zhì)量;

(2)、基層的處理方法;

(3)、新增材料粘結(jié)力和強度;

(4)、使用環(huán)境而后養(yǎng)護方式。

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

(1)、結(jié)構(gòu)加固設(shè)計前對原結(jié)構(gòu)進行必要的鑒定和現(xiàn)場調(diào)研;

(2)、加固方案確定應根據(jù)可行性鑒定確認的結(jié)果及加固原因(如完好情況下的加固或受損狀態(tài)下的加固)結(jié)合構(gòu)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(jīng)濟合理原則,綜合分析確定;

(3)、由于節(jié)點處梁、柱相交的不同狀態(tài),其節(jié)點受力的分布也不一樣。角柱節(jié)點的受力影響最大,而其中柱節(jié)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(jié)點,柱的抗彎能力比較大。在強柱弱梁的狀態(tài)下,容易滿足要求。但容易發(fā)生梁筋和柱筋的粘結(jié)滑移,頂層邊框架節(jié)點比較復雜節(jié)點核心區(qū)容易發(fā)生破壞，頂層中柱節(jié)點的抗彎能力比梁的抗彎能力弱等等。從而根據(jù)這些不同的受力狀態(tài)進行方案選擇;

(4)、力求簡化以及不損傷或盡量減少原結(jié)構(gòu)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(gòu)件上。一般來說,混凝土構(gòu)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(qū)出現(xiàn)破損,也會導致應力在其周圍重新分布，出現(xiàn)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(gòu)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(qū)域或?qū)⒖苫謴偷膲w等拆離。間接卸載是采用反向力施加于原結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)混凝土收縮變形已完成和受力的復雜因數(shù),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(jù)以上特點及原則提供以下大樣供設(shè)計和施工技術(shù)人員參考,力求在掌握現(xiàn)行規(guī)范(規(guī)程)原則的前提下靈活的設(shè)計施工，其截面尺寸和配筋按本文要求驗證。

圖1：核心區(qū)梁柱節(jié)點加大截面

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