柱子在房屋建筑中起到了最重要的承重支撑作用,所以在建筑工程中柱子若是混凝土强度和钢筋间距等不符合规格的话,是必须要进行加固处理的。至于柱子受外巨大荷载或外力撞击等情况造成的裂缝或损坏,更是要进行加固施工的。
混凝土柱加固多是因承载力的增大或受压、受弯、受剪力的不足,需采取加固补强,混凝土加固方法有多种,每种加固方法补强的力不同,主要依据主结构抗弯、抗压、抗剪的缺失情况,通常使用的加固方式有三种,可单种方法使用或综合两种方法使用:
(1):碳纤维加固法
(2):包钢加固法
(3):增大截面加固法
(4):(增大截面+包钢)组合加固法
混凝土柱-碳纤维加固
碳纤维加固法适用于提高柱轴心受压承载力、斜截面承载力以及位移延性的加固,当轴心受压柱的正截面承载力不足时,可采用沿其全长无间隔地环向连续粘贴碳纤维布的方法进行加固;当柱斜截面受剪承载力不足时,可将纤维布的条带粘贴成环形箍,且纤维方向与柱的纵轴线垂直;当柱因延性不足而进行抗震加固时,可采用环向粘贴碳纤维布构成的环向围束作为附加箍筋。碳纤维加固完成后表面可配以砂浆保护层,
技术特点:
(1)抗拉强度高,是同等截面钢材的7-10倍。
(2)重量轻,密度只有普通钢材的1/4。
(3)耐久性好,可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。
(4)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。
施工流程:混凝土基层处理 → 修补混凝土基层 → 胶粘剂配制/纤维布裁剪 → 涂胶和粘贴纤维布(重复二层、三层) → 防腐防火处理 → 维护
混凝土柱-包钢加固
包钢加固法应根据柱的类型、截面形式、所处位置及受力情况的不同,采用相应的加固构造方式,柱纵向受力角钢应由计算确定,但不应小于L75*5。包钢完成后应对表面进行防腐及防火处理。
该法受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,可大幅度地提高混凝土柱的承载力
施工流程:粘贴面处理 → 加压固定及卸荷系统准备(根据实际情况和设计要求,卸荷步骤有时省去) → 钢材固定 → 配置胶粘剂压力注胶 → 固化、卸加压固定系统 → 防腐防火处理 → 维护。
混凝土柱-增大截面加固
增大截面加固法应根据柱的类型、截面形式、所处位置及受力情况的不同,采用相应的加固构造方式。当采取加大截面加固时,新增纵向受力钢筋应由计算确定,但直径不应小于φ14mm,新增箍筋不应小于φ8mm,新增混凝土强度等级不宜低于C25,且应比原柱混凝土提高一级。新增钢筋穿原结构梁、板、墙的孔洞应采用胶粘剂灌注锚固。
施工流程:基层凿毛处理 → 钢筋制作安装 → 模板制作 → 涂刷界面剂 → 模板安装 → 混凝土浇筑 → 拆模 → 养护。
混凝土柱组合加固法
混凝土柱组合加固法常采用包钢加固+增大截面加固技术对混凝土柱加固:此方法适用于柱轴压比显著超标且截面承载力严重不足的情况下使用,此种加固方法能有效加强新旧材料共同受力的性能。
施工流程:基层凿毛处理→钢筋制作安装→模板制作→涂刷界面剂→模板安装→混凝土浇筑→拆模→养护→粘贴面处理→加压固定及卸荷系统准备(根据实际情况和设计要求,卸荷步骤有时省去)→钢材固定→ 配置胶粘剂压力注胶→固化、卸加压固定系统→防腐防火处理→维护。
1 增大截面加固法
1.1增大截面法加固柱应根据柱的类型、截面形式、所处位置及受力情况等的不同,采用相应的加固构造方式。
1.2新增纵向受力钢筋应由计算确定,但直径不应小于14mm. 钢筋在加固楼层范围内应通长设置。纵筋布置以不与梁相交为宜,若相交则应采用植筋技术锚固于梁中,且满足植筋边距、间距与深度的要求。
1.3纵向受力钢筋上下两端应有可靠锚固。纵筋下端应伸入基础并应满足锚固要求;上端应穿过楼板与上层柱连接或在屋面板处封顶锚固。
1.4新增箍筋应使新旧两部分整体工作,箍筋直径宜与原箍筋 相同,但不应小于8mm。箍筋在规定的范围内应加密,其间距和加密区范围应满足《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的相关规定。
1.5箍筋形式可采用单一封闭箍、U形箍、「形箍,或者封闭箍 +U形箍、「形箍;新增箍筋与原箍筋可焊接连接,单面焊接时焊接长度不小于10d,双面焊接时焊接长度不小于5d.
1.6节点部位,即纵横框架梁区域,为减小箍筋穿梁钻孔工作量和对原结构的损伤,箍筋可按nAsvfyv/s等效换算为直径和间距较大的等代筋,等代筋的间距可取为200mm。
1.7新增钢筋与原混凝土之间的间隙不宜小于钢筋直径d;新增混凝土厚度应满足《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010 对混凝土保护层厚度的规定。
1.8新增混凝土强度等级应比原柱提高一级,且不宜低于C25。
1.9新增钢筋穿原结构梁、板、墙的孔洞应采用胶粘剂灌注锚固。
2 外粘型钢加固法
2.1外粘型钢加固法加固柱应根据柱的类型、截面形式、所处 位置及受力情况等的不同,采用相应的加固构造方式。
2.2柱的纵向受力角钢应由计算确定,但不应小于L75 x 5. 角钢在加固楼层范围内应通长设置;对于梁齐柱边布置的节点 区及壁柱情况,角钢可换成等代扁钢。
2.3纵向角钢上下两端应有可靠锚固。角钢下端应锚固于基础;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锚固于屋面顶板上。
2.4沿柱轴线方向应每隔一定距离用扁钢制作的箍板或缀板与 角钢焊接。箍板或缀板截面不应小于40 x4mm,间距不应大于20 r(r为单根角钢截面的最小回转半径),且不应大于500mm;在规 定的范围内,其间距应适当加密,加密区范围和考虑原箍筋的总配筋量应满足《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的相关规定。
2.5节点位置箍板可按nAsvfyv/s 等效换算为等代箍筋,以便穿梁与角钢焊接;对于扁钢可改用螺杆穿过拧紧,穿梁的孔洞应采用胶粘剂灌注锚固。
2.6外粘型钢加固柱时,应将原构件截面的棱角打磨成圆角,其半径r》7mm。
2.7外粘型钢的注胶应在型钢构架焊接完成后进行,胶缝厚度宜控制在3 - 5mm;局部允许有长度不大于300mm,厚度不大于8 mm的胶缝,但不得出现在角钢端部600mm范围内。
3 绕丝加固法
3.1绕丝加固法适用于提高钢筋混凝土柱位移延性的加固。
3.2绕丝用的钢丝应为Ø4冷拔钢丝,但应经退火处理后方可使用。
3. 3釆用绕丝法时,若柱的截面为方形,其长边尺寸h与短边尺寸b之比,应不大于1.5,且柱四角保护层应凿除,并打磨成圆角,圆角的半径r不应小于30mm。
3. 4绕丝的间距应分布均匀,对重要构件,应不大于15mm;对一般构件,应不大于30mm.钢丝在端部应有可靠锚固。
3. 5绕丝加固宜釆用细石混凝土,混凝土的强度等级不应低于 C30.
3.6对于节点区可釆用“整包钢板+等代箍筋”的方式处理,钢板可现场配焊,等代箍筋穿梁后与钢板焊接,箍筋穿梁形成的孔洞应采用胶粘剂灌注锚固。
4 粘贴纤维布加固法
4.1粘贴纤维布加固法适用于提高柱轴心受压承载力、斜截面承载力以及位移延性的加固。
4.2当轴心受压柱的正截面承载力不足时,可采用沿其全长无间隔地环向连续粘贴纤维布的方法(简称环向围束法)进行加 固;当柱斜截面受剪承载力不足时,可将纤维布的条带粘贴成环形箍,且纤维方向与柱的纵轴线垂直;当柱因延性不足而进行抗震加固时,可采用环向粘贴纤维布构成的环向围束作为附加箍筋。
4.3当采用纤维布环向围束对钢筋混凝土柱进行正截面加固或提高其延性的抗震加固时,环向围束的纤维布层数,对圆形截面不应少于2层,对正方形和矩形截面柱不应少于3层。环向围束上下层之间的搭接宽度不应小于50mm,纤维布环向截断点的延伸长度不应小于200mm,各条带搭接位置应相互错开。
4.4对于正方形、矩形截面柱,其截面棱角应在粘贴前通过打磨加以圆化;圆化半径,对于碳纤维不应小于25mm,对于玻璃 纤维不应小于20mm。
4.5纤维布的表面可配以砂浆保护层。
4.6对于节点区可采用“整包钢板+等代箍筋”的方式处理,钢板可现场配焊,等代箍筋穿梁后与钢板焊接,箍筋穿梁形成的孔洞应采用胶粘剂灌注锚固。
5 外加预应力加固法
5.1对受压承载力不足的轴心受压柱、小偏心受压柱以及弯矩 变号的大偏心受压柱,可釆用双侧预应力撑杆进行加固;若弯矩不变号,也可采用单侧预应力撑杆进行加固。
5.2预应力撑杆采用的角钢应由计算确定,其截面不应小于L 75x5。压杆肢的两根角钢可用缀板连接,形成槽形截面;也可用单根槽钢作压杆肢。缀板的厚度不得小于6mm,宽度不得小于80mm,其长度应按角钢与被加固柱的尺寸确定。相邻缀板间的距离应保证单个角钢的长细比不大于40。
5.3压杆肢末端的传力构造,应釆用焊在压杆肢上的顶板与承压角钢顶紧,通过抵承传力。承压角钢嵌入被加固柱的柱身混凝土或柱头混凝土内不应少于25mm。传力顶板宜用厚度不小于16mm的钢板,其与角钢肢焊接的板面及与承压角钢抵承的面均应刨平。承压角钢截面不宜小于L125 x 80 x 12。
5.4缀板的焊接大部分是在张拉后进行,为避免撑杆因焊接缀板受热而产生过大的预应力损失,上下缀板应轮流施焊。
5.5型钢架,包括缀板和底座,与柱混凝土结合面间空隙,应压力灌注胶粘剂使之结为一体。
5.6新增预应力撑杆、缀板以及各种紧固件和锚固件等均应进行防锈蚀处理。当被加固构件的表面有防火要求时,应进行相应的防火处理。
6 钢绞线网片-聚合物砂浆加固法
6.1钢绞线网片-聚合物砂浆加固法适用于提高柱斜截面承载力以及位移延性的加固。
6.2当柱斜截面受剪承载力不足时,可将钢绞线网片横向布置 成环形箍,方向与柱的纵轴线垂直;当柱因延性不足而进行抗震加固时,可釆用环向设置钢绞线网片构成的环向围束作为附加箍筋。
6.3釆用钢绞线网片-聚合物砂浆法加固钢筋混凝土柱前,应先清理、修补原构件,并按聚合物砂浆产品使用说明书的规定进行界面处理。
6.4钢绞线网片应无破损、无死折、无散束,卡扣无开口、脱落,主筋和横向筋间距均匀,表面不得涂有油脂、油漆等污物。网片主筋规格和间距应满足设计要求。钢绞线网片表面聚合物砂浆外加层的厚度,不应小于25mm,也不宜大于35mm。当采用镀锌钢绞线时,其保护层厚度不应小于15mm。
6.5钢绞线网片下料应按照设计文件的说明和加固的具体部位尺寸进行,下料尺寸应考虑钢绞线绷紧时的施工余量和端头错开锚固的构造要求。
6.6钢绞线网片主筋端部可釆用“拉环+U型卡具+配套胀栓”进行锚固。
6.7钢绞线网片与基材混凝土的固定可釆用配套胀栓及U型卡具,胀栓呈梅花形布置。
6.8对于重要构件的加固,应选用改性环氧类聚合物砂浆;对一般构件的加固可选用改性环氧类聚合物砂浆或改性丙烯酸酯共聚物乳液配制的聚合物砂浆。
6.9常温下,聚合物砂浆施工完毕6h内,应釆取可靠保湿养护措施,养护时间不少于7d,并应满足产品使用说明规定的时间。
增大截面加固法:四面围套
注:1.增大截面法适用于提髙柱的正哉面承载力、斜截面承载力,降低轴圧比的加固。依据现场实际情况及受力状况可采用四面围套、三面、二面围套及单面增大。
2.新增受力钢筋应由计算确定,一般情况宜≥Ø16。
3.新增箍筋在规定的范围内应加密,加密区范围和考虑原箍筋的配筋量应满足《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的相关规定,一般情况宜≥Ø8@200/400。
4.植筋应满足锚固深度和最小边距、间距的要求;穿孔部位应采用胶粘剂漕注锚固。
5.新增混凝土层厚度应由计算确定。
6.新增混凝土可通过楼板开浇筑孔施工,开孔时应避免损伤楼板钢筋。
增大截面加固法:三面围套
增大截面加固法:两面围套
增大截面加固法:单面增大
增大截面加固法:新增受力钢筋基础锚固
外粘型钢加固法:中柱
注:1.外粘型钢法适用于提高柱的正哉面承载力及斜截面承载力的加固。
2.新增受力角钢应由计算确定,一般情况宜≥L75x5。
3.新增綴板一般情况宜≥-40x4,加强箍板≥-80x4.设计需要时,加强箍板可釆用锚栓加强与柱的连接。
4.新增缀板在规定的范围内应加密,新增缀板的间距一般取≤200/400。
5. 梁区等代箍筋≥©16,穿孔部位应采用放粘剂灌注锚固。
6.角钢、缀板、箍板、连接板等钢构件与原结构间的缝隙应灌注胶粘剂使之成为一体。
外粘型钢加固法:角柱
注:1.新增受力角钢应由计算确定,一般情况宜≥L75x5。
2.新增缀板一般情况宜≥-40x4,加强箍板≥-80x4.设计需要时,加强箍板可采用锚栓加强与柱的连接。
3.新增缀板在规定的范围内应加密,新增缀板的间距一般取≤200/400。
4.分段不等边角钢≥L110x70x7,与等代扁钢剖口焊接,计算中只考虑长肢强度。
5.梁区等代螺杆箍≥Ø16,穿孔部位应采用胶粘剂灌注锚固。
6.角钢、缀板、箍板、扁钢、连接板等钢构件与原结构间的缝隙应灌注胶粘剂使之成为一体。
外粘型钢加固法:预制二阶中柱
预制二阶边柱
外粘型钢加固法:角钢在基础的锚固
绕丝加固法:框架柱绕丝加固
注:1.绕丝法适用于提高柱的位移延性的加固。
2.釆用绕丝法时,若柱的截面为矩形,其长边尺寸h与短边尺寸b之比应不大于1.5、截面高度应不大于600mm,且柱四角保护层应凿除,并打磨成圆角,圆角的半径r不应小于30nun。
3.绕丝的间距应分布均匀,对重要构件,应不大于15mm;对一般构件,应不大于 30mm;钢丝在端部应与原构件主筋焊牢并宜采用扁钢箍压结。
4.梁区等代箍筋穿原梁的孔洞应采用胶粘剂灌注锚固。
粘贴纤维布加固法:框架柱纤维布环向围束加固
外加预应力加固法:横向张拉双侧预应力撑杆加固框架柱
外加预应力加固法:横向张拉单侧预应力撑杆加固框架柱
钢绞线网片-聚合物砂浆加固法:钢绞线网片-聚合物砂浆外加层加固柱