鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)在加固工程中的應(yīng)用

[摘要] 結(jié)合某工程實際介紹了鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)在加固改造工程中的應(yīng)用,對其工程背景、加固方案的比選、設(shè)計及施工方法進行了詳細的介紹分析。結(jié)果表明,采用鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)的加固方法具有大幅度提高承載力,減小撓度,施工方便快捷等優(yōu)點,值得推廣應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 加固;組合梁;工程應(yīng)用

[中圖分類號] TU74613 [文獻標識碼] A 　　　　[文章編號] 100228498 (2007) 0520026203

　　采用有效的加固方法對存在問題的建筑物進行加固處理,恢復(fù)和提高其承載能力以滿足使用要求,可以給國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟效益和社會效益。用于混凝土結(jié)構(gòu)加固的方法很多,需要根據(jù)加固結(jié)構(gòu)的特點進行選擇,對于使用荷載大幅增加的結(jié)構(gòu),更要慎重選擇加固方法[1] 。在諸多的加固方法中,采用鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)對混凝土梁、板進行加固處理,可以顯著提高其承載能力,在技術(shù)、施工、綜合效益上有突出優(yōu)勢。該方法的現(xiàn)場工作量小、施工周期短、對結(jié)構(gòu)凈空影響小、方便快捷,值得推廣應(yīng)用。本文結(jié)合某加固工程實例,詳細介紹了鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)在加固工程中的應(yīng)用。

1 　工程概況

　　本工程由主樓和住宅樓兩部分組成。其中主樓建筑面積約為19 000m2 ,主樓為地上20 層、地下1 層的框架筒體結(jié)構(gòu),樓板均為現(xiàn)澆混凝土板。該工程主樓于1995 年開工,2000 年竣工。由于種種原因,后期工程沒有跟上,成為爛尾樓。2005 年新的業(yè)主對該樓進行開發(fā)利用,部分結(jié)構(gòu)的使用功能發(fā)生改變。

　　本工程加固改造中, lu～lx軸與X ～ a 范圍內(nèi)的大約300m2 的房間,由以前設(shè)計的辦公用房改為庫房(見圖1) ,使用活荷載由2kNPm2 增加到12kNPm2 。根據(jù)檢測鑒定報告和計算分析:一方面使用荷載增加后受影響的剪力墻部分可以滿足承載力要求,受影響的柱子經(jīng)過簡單的加固處理后,也可以滿足承載力要求;另一方面該部分的樓板在荷載增加后,抗彎承載力和剛度不滿足要求,混凝土框架梁及次梁抗彎承載能力和剛度嚴重不足,抗剪截面不足。根據(jù)以上的計算分析重點,需要對梁、板結(jié)構(gòu)進行加固處理。

2 　改造加固方案的選擇

　　針對由于使用功能改變,需要大幅度提高樓板和梁的承載力和剛度的問題,同時提出了4 種解決方案:①采用后澆混凝土疊合層方法加固混凝土梁、板; ②采用粘貼碳纖維或鋼板的方法加固混凝土梁、板; ③拆掉原混凝土梁、板,重新澆注混凝土; ④采用鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)加固混凝土梁、板。

　　采用方案①對混凝土改變使用功能部分的梁板進行加固,可以有效地提高梁、板的承載能力和剛度,而且耐久性好,安全可靠。但是該方法的現(xiàn)場濕作業(yè)工作量大,養(yǎng)護周期長,影響房屋的外觀尺寸和凈空。方案②是目前加固行業(yè)中經(jīng)常用到的加固方法,在梁板的上、下表面粘貼鋼板或碳纖維,可以有效地提高截面的抗彎承載力,但是不能無限提高抗彎承載能力[2] (粘碳纖維抗彎承載能力提高不宜超過40 % ,粘鋼類似) ,此外該方法無法提高截面剛度,耐久性和耐高溫性較差,并且造價較高。采用方案③可以徹底解決梁、板的承載力和剛度問題,但是工程量大,施工周期長,對原有結(jié)構(gòu)的影響大,而且沒有充分利用原有結(jié)構(gòu)的承載能力,浪費很大,造價較高。采用方案④對梁、板進行加固,可以有效地解決梁、板的承載能力和剛度問題,而且現(xiàn)場工作量小,施工周期短,對結(jié)構(gòu)凈空影響小,造價適中。其它方案如采用體外預(yù)應(yīng)力、改變受力體系等,經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟效果分析,均不大理想。對比分析認為,采用鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu),對本工程梁、板進行加固的方法在技術(shù)和經(jīng)濟上均優(yōu)于其它方法,故最后確定采用方案④。

3 　加固設(shè)計

　　在加固改造之前,對影響到的梁、板進行重點的檢查和分析,發(fā)現(xiàn)框架梁和次梁主體未發(fā)生破損,部分現(xiàn)澆板、梁有裂縫出現(xiàn)。計算分析認為混凝土梁、板的承載能力沒有降低,裂縫是由于混凝土硬化收縮和多年風吹日曬造成的,加固計算中可以考慮現(xiàn)有截面的抵抗作用。

　　原混凝土樓板為6 000mm ×3 000mm的單向板,為了提高其承載能力和剛度,采用在樓板下增加H 形鋼梁,平面布置如圖2 中的新GCL。兩主梁之間樓板從原來的1 根混凝土次梁支承轉(zhuǎn)變?yōu)? 根H 形鋼梁和1根混凝土次梁共同支承,板的跨度從3m 降低到1. 5m?？缍鹊臏p小有效地降低了混凝土樓板的設(shè)計內(nèi)力,加固后的樓板可以滿足荷載增加后的承載力和剛度要求。新GCL有效地分擔了由混凝土樓板傳來的荷載,

混凝土次梁承擔的荷載顯著減少,不需要再做特別的加固處理。

　　原混凝土框架梁的截面為200mm×500mm,為了提高其承載能力和剛度,滿足截面抗剪要求,采用在混凝土梁底沿其軸線方向增加H 形鋼梁,形成鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)的方法,對混凝土梁進行加固處理。平面布置如圖2 中的新GL。

　　根據(jù)文獻[ 324 ] 對加固后的梁、板進行計算分析。計算分析顯示,加固后梁、板的抗彎、抗剪承載能力均滿足結(jié)構(gòu)抗力要求,跨中撓度和裂縫寬度驗算滿足規(guī)范要求,并且具有一定的安全儲備。

4 　加固的實施及工藝流程

4．1 　加固的實施

　　混凝土樓板加固采用鋼梁的規(guī)格為H350 ×200 ×8×14 ,Q235 鋼。鋼梁與混凝土樓板交界面作粘鋼處理,端部與混凝土框架梁采用節(jié)點板連接固定。梁端與框架梁連接處各設(shè)置一400mm ×400mm,厚度為16mm 的鋼墊板,采用M22 的化學(xué)錨栓固定于混凝土框架梁兩側(cè),墊板上再焊接鋼板,焊接鋼板與H 形鋼梁采用高強螺栓連接,連接詳圖如圖3 所示。

　　混凝土框架梁加固采用鋼梁的規(guī)格為H350 ×200×8 ×14 ,Q345 鋼,布置如圖2 中的新GL 所示。為了保證質(zhì)量,減少現(xiàn)場工作量,在鋼梁的兩端各設(shè)置一個015m長的短梁。短梁一端與節(jié)點板在構(gòu)件廠焊接,另一端采用高強螺栓與中間部分鋼梁在現(xiàn)場拼接。加固樓板的新GCL 在端部作為一集中力加到主梁上,為了避免局部失穩(wěn),在新GCL 與新GL 交接處中設(shè)置橫向加勁肋,如圖3 所示。梁端與框架柱的連接詳圖如圖4所示。采用2M12 @300 (加密區(qū)為2M12 @150) 的化學(xué)錨栓作為抗剪連接件,以保證混凝土梁和鋼梁協(xié)調(diào)變形共同工作,化學(xué)錨栓的布置如圖5所示。

4．2 　加固的工藝流程

　　1) 混凝土樓板加固流程　型鋼梁準備→卸荷→基底處理→梁端節(jié)點板制作安裝→配膠→粘貼→梁端連接→固定及加壓→固化→檢查→耐火防銹處理。

　　2) 混凝土框架梁加固流程　型鋼梁準備→卸荷→基底處理→打孔→梁端節(jié)點板(帶短梁) 制作安裝→長梁固定→高強螺栓與短梁連接→植化學(xué)錨栓→檢查→耐火防銹處理。

　　本文在此對混凝土框架梁加固中打孔順序作一說明,其余參考相關(guān)規(guī)范?；炷量蚣芰杭庸讨行枰褂没瘜W(xué)錨栓作為抗剪連接件,由于混凝土框架梁受力鋼筋的影響,通常首先在混凝土梁上打孔,再根據(jù)混凝土梁上孔的位置返到鋼梁翼緣上,以保證化學(xué)錨栓安裝位置的準確性。

5 　結(jié)語

　　本工程的改造加固實踐證明,采用鋼2混凝土組合結(jié)構(gòu)大幅度提高梁、板的承載能力,是一種方便有效的加固方法。該加固方法可以很好地解決改造加固工程中荷載大幅度提高的工程問題,技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益顯著,對加固技術(shù)的發(fā)展具有重要的參考借鑒意義,符合我國基本建設(shè)和加固改造并舉的國情,值得推廣應(yīng)用。

參考文獻:

　　[1 ] 　Trikha ND , Jain CS , Hall KS. Repair and strengthening of damagedconcrete beams[J ] . Concr. Int . , 1991 , (6) :539.

　　[2 ] 　滕錦光. FRP 加固混凝土結(jié)構(gòu)[M] . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

　　[3 ] 　中華人民共和國建設(shè)部. GB5001022002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[ S] . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

　　[4 ] 　中華人民共和國建設(shè)部. GB5001722003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[ S] . 北京:中國計劃出版社,2003.