技术分享-柱子的预应力加固法
浏览量:2410 发布时间:2020.03.02柱子的预应力加固法
概述
柱子预应力加固法,是指在加固柱子过程中, 对加固用的撑杆施加预顶升力,以期达到卸除原柱 承受的部分外力,减少撑杆的应力滞后,充分发挥 其加固作用的一种方法。这种方法常用于应力较高 或变形较大而外荷载又较难卸除以及损坏较严重的 柱子。
对撑杆施加预顶升力的方法有纵向压缩法和横 向收紧(校直)法〔如图3-23 (a), (b)所示丄
通常,对于轴心受压柱,应采用对称双面预应 力撑杆加固;对于偏心受压柱,一般仅需对受压边 用预应力撑杆加固,而受拉边多釆用非预应力法加 固。
釆用预应力撑杆加固柱子时应对加固后的柱子 进行承戟力计算和撑杆施工时的稳定性验算。
3.5.2加固柱的承载力计算
1. 轴心受压柱当采用对称双面预应力撑杆加固轴心受压柱时,加固后柱的受压承载力可按下式计算:
NWWAefe 十 A:£)+伽(3-34> 式中:一原柱的稳定系数;
At——原柱的混凝土截面面积,当原柱为钢柱时,A° = 0;
X、——原混廃土柱中的受压纵筋总截面面积;当原柱为钢柱时,A:表示钢柱的截面 面积;
/;——原混凝土柱中的纵筋抗压强度设计值,当原柱为钢柱时,£表示铜柱的抗压 强度设计值;
A;——预应力撑杆的总截面面积;
仅——钢撑杆的受压强度设计值;
g——撑籽与原柱的协同工作系数(取0.9);
啊一撑杆构架的稳定系数。
撑杆和缀板的设计按《钢结构设计规范》(GBJ17-88)进行。
(1) 偏心受压钢柱。用预应力法加固偏心受压钢柱时,由于对补强钢柱施加了预应力, 卸除了原柱承•受的部分荷载,减少了补强钢柱的应力滞后现象,所以,预应力加固钢柱的刚 度较大。它与非预应力法加固钢柱相比,预应力加固柱上支撑点的竖向变位较小。若加固柱 与原柱间的连接可靠,能保证其共同变形时,则可按整体钢柱进行计算,否则,应按新、旧 柱独立工作予以考虑。新、旧柱答肖承受的外力按它们的刚度比进行分配。
预应力钢撑杆应设置在原柱的受压边。两柱间宜采用朝接或螺栓连接,以减小因焊接而 引起的预应力损失。
(2) 偏心受压混凝土柱•同偏心受压钢柱一样,预应力撑杆宜置于原柱的受压边。值得 注意的是,加固后可能会改变原柱的受力特征和破坏形态,即大偏心受压转变为小偏心受 压。
用预应力钢撑杆加固的钢筋混凝土偏心受压柱,其正截面承载力可按下式计算:
NWM = — b,A,十 0.85/;/, (3-35)
Ne《Mu = fs'bxQig — —■) + £A; (h0l 一 a:)十 0. 85/^.4;(棚—a'„)a (3-36)
式中:Nu, Mu 一 分别为加固柱的受压承载力设计值和受弯承载力设计值;
A;, fn——分别为预应力钢撑杆的截面面积和抗压强度设计值;
q ―原柱中受拉纵筋的应力;小偏心受压时按式(3-9)计算,大偏心受压时,取 为
0.85 ——钢撑杆受压强度折减系数;
a;——钢撑杆合力点至原柱受压边缘的距离。
当为小偏心受压柱时,直接联解式(3-35)和(3-36)较为困难,因此,一般釆用试算法。即 首先根据构造确定A,并算出N。及.Mu。如果加固柱的承载力小于外荷载值(NuVN,MuV M),则应加大撑杆的截面面积,直至式(3-35)和〈3-36)得到满足为止。
3.5.3预应力控制值及顶升计算
通常,撑杆在施加预应力的过程中尚未形成格构式结构,各肢杆处于独立工作状态,其长细比大,稳定性较差。因此,不论是对轴心受压柱还是对偏心受压柱,施工时都应控制施 加的预应力值,以不使撑杆失稳。由此规定:
% W啊腐已。 <3-37)式中;丄——施工时的预应力控制值(宜控制在50〜80 N/mn?);
阻——受压肢杆的稳定系数。当采用横向收紧(校直)法时,其计算长度取受压肢 杆全长的一半,长细比不得小于120;当釆用纵向压缩(顶升)諸时,其稳定 系数以撑杆全长按格构压杆计算,
A——经验系数(取0.75)。
当釆用千斤顶、楔子等方法对撑杆进行纵向压缩顶升时,顶升量山可按下式计算;
&L = I • a'MPtEQ + a。 (3-38)式中:E,——钢撑杆的弹性模量;
制应力) '
I——撑杆的全长;
a—— 杆端顶板与混凝土间的压缩量,取2〜4 mm;
A ——经验系数(取0.9)。
随着顶升量尊的增大,撑杆应力增加,原柱应力减小。由于顶撑 点处梁的向上变位较小,故式(3-38)不计入此变值量。 1 一
当釆用横向张拉(即收紧)的办法使撑杆纵向产生预应力时 [、 :〜
〈如图3-24所示),横向张拉量AH按下式计算, I \ '
I 1△H =号/<,/(国E.)+a。 (3-39) a// * 臂.
弯折撑杆肢时,宜将肢杆中点处的横向弯折量取为(AH+3) mm 施工中只减小AH,以确保撑杆处于预压状态.
3. 5.4构造要求
采用预应力法加固柱时应符合以下构造要求:
(1) 预应力撑杆的角钢截面不应小于L5QX5,压杆肢的两根角 钢用缀板连接成糟形截面,也可用单报槽钢作压杆肢。缀板厚度不得 小于6 mm,宽度不得小于80 mm,相邻缀板间的距离应保证单个角 钢的长细比不太于4皿
(2) 撑杆末端的传力应可靠。图3-25示岀了末端的构造做法。图
中的传力角钢最后被焊接在预应力撑杆的末端,且其截面不得小于1_ 100X75X12。在预应 力撑杆的外侧',还应加焊一块厚度不小于16 mm的传力顶板予以加强。
(3) 当釆用横向收紧法时,应将预应力撑杆在中部对称地向外弯折,并在弯折处用拉紧 螺栓建立预应力〔如图3-26 (a)所示单侧加固的撑杆只有一个压杆肢,仍在中点处弯 折,并采用螺栓进行横向张拉〔如图3-27 (a), (b)所示K
(4) 在弯折压杆肢前,需在角钢的侧立肢上切出三角形缺口,角钢截面因此被削弱,应 在角钢正平肢上补焊钢板予以加强〔如图3-27 (c)所示
(5) 拉紧螺栓的直径应大于或等于16 mm,其螺帽高度不应小于螺杆直径的1.5倍。
(6>在焊接图3-26及图3-27中的连接缀板时, 应采用上下轮流点焊的方法,以防止因施焊受热而损 失预压应力。
3. 5.5计算实例.
例3-3某钢筋混凝土平台柱,其宽和高(6XA) ^7 300 mm X 400 mm,柱的计算长度Z° = 3m,混凝 土为C20,配置H级钢筋,A, = A;=763 mm2,承受 设计轴向压力410 kN,设计弯矩120 kN - m。现因 又增加•一台设备,增加设计轴向力左N=130kN,设 计弯矩△M=30kN・m,试进行加固设计。