结构加固中柱截面新旧混凝土结合部处理

范 佳

(山西省建筑科学研究院，山西太原 030001)

0 引言

近年来，我国很多建筑由于使用功能发生变化，上部荷载增大，因而需要对原有建筑底层柱结构进行加固。而随着建筑技术的不断提升，在原有建筑基础上进行加固加层改造工程也越来越多。本文将结合某建筑加固改造工程的具体工程实践，浅析新旧混凝土结合部的处理方法。

1 工程实例

某综合楼总建筑面积为6 500 m2，原设计为5层钢筋混凝土框架结构，柱下为独立基础，设有拉梁，建筑类型二类(见图1)。

图1 结构平面图

本工程安全等级为二级;抗震等级为丙类;抗震设防烈度7度(设计基本加速度0.15g);场地类别为Ⅱ类;原有结构使用材料见表1。

表1 原有结构使用材料

需要对此建筑进行加层，由原5层结构加至8层。由于加层改造后，建筑功能及结构改变，致使荷载产生变化，因此需要对原有建筑结构进行加固处理。

2 柱结构加固处理方法

2.1 外包截面法

最先采用增大截面的方法对柱结构进行加固，后经过对加固完成后的混凝土结构柱进行质量检测鉴定之后，发现其强度无法承载设计荷载。因此在截面加大的同时又采用钢结构对混凝土柱截面进行外包，对原有混凝土柱子进行加固，加固形式见图2。

通常的情况，增大混凝土柱截面时，所使用混凝土强度应高于原有混凝土结构一个等级。在本工程中，原来柱的设计标号是C35，所以本工程的加固混凝土采用C40。

2.2 施工要求及注意事项

1)原结构及新增加的钢筋要进行除锈处理。

2)当原混凝土结构存在缺陷时，要对构件进行清理直至密实。同时要在结构表面开设水平向横槽，打掉被包的混凝土棱角，并且去除尘土以及浮渣。

图2 外包角钢加固混凝土柱示意图

3)原有混凝土构件表面存在污垢以及灰尘，应用钢丝刷子清理干净后，进而用水进行冲洗。

4)新加混凝土进行浇筑养护、模板搭设、钢筋安置等施工过程，均要符合国家标准GB 50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范的要求。通过表面开槽，可以在结合的部位形成锯齿形，避免了连接面在一个平面上。另外，通过与原结构钢筋的机械链接可以使新旧钢筋共同工作形成钢筋笼，钢筋笼就将混凝土柱紧紧包住，进一步增强了柱的整体性。

3 模型分析

使用ANSYS有限元软件对外包角钢混凝土柱进行了建模分析。

采用八节点六面体的实体65单元对混凝土柱构件进行模拟。实体65单元在ANSYS有限元分析软件中是专门用来模拟混凝土的单元，能够对混凝土构件的压碎以及拉裂进行计算机模拟。

采用混凝土多线性随动硬化模型，对钢筋混凝土进行非线性分析。其中，混凝土材料的参数定义见表2。

表2 混凝土材料参数

混凝土材料属性极其复杂，而钢筋与混凝土材料属性的不同，决定了建立统一模型很难实现。为了使计算更为精确，本文对钢筋与混凝土分别进行建模。

通过ANSYS软件中的实体45单元来对角钢和缀板进行建模分析。此单元为八节点定义的三维结构实体单元，每个节点有三个自由度。

钢材的材料模型采用双线性随动强化模型，屈服点210 MPa，超过屈服点的弹性模量设为0，即超过屈服点的曲线为水平线。

软件模拟加载至构件破坏，得到数据见表3。

经过加载至破坏，可以得到承载力为35 471 kN(混凝土和钢材强度取用设计值)。由表3可见，在套箍作用下，构件的承载力提高了大约17%。

表3 模拟加载后构件破坏数据表

4 结语

1)外包角钢法加固后的柱承载力较原柱构件所具承载力提高约17%，因此在对柱构件进行外包角钢加固设计时，可以适当降低按规范计算的安全储备。

2)在柱构件进行外包角钢加固设计时，可以适当考虑角钢和缀板共同作用下的套箍作用，该作用有助于提高混凝土柱的承载力。

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