CN103452242A - Rc方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构及制备方法，属于钢筋混凝土柱抗震性能加强领域。本发明在原方柱截面配筋形式基础上，将其截面四个角部的纵筋进行集中形成等腰直角三角形品字形纵筋配筋形式，并在该初步加强后的钢筋笼两端，方柱截面的四个角通过钢筋棍将加强的等边角钢固定于钢筋笼外侧。该形式不仅能够对混凝土提供良好的约束作用，还能够防止混凝土在斜向地震作用下过早的脱落。具体的操作步骤包括：钢筋笼成型、角钢安装、加强结构成型。本发明能在基本不改变结构按X、Y主轴方向设计的前提下，保证斜向地震作用下，RC方柱不发生粘结破坏，并大幅度提高柱子的斜向承载力和延性抗震性能。

Description

RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构及制备方法

技术领域

本发明涉及一种多高层RC方柱四角纵筋集中构成等腰直角三角形品字形配筋形式，并内置型钢来提高RC方柱承载力及延性等抗震性能的加强结构及制备方法，属于钢筋混凝土柱抗震性能加强领域。

背景技术

我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）5.1.1条第1项规定：一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。但是地震具有突发性和不确定性，其地面运动的多维性、随机性以及方向的不确定性，使其对建筑结构的作用是空间的。在不考虑竖向地震作用的条件下，在平面内任意一个方向都有可能成为地震的主作用方向。现行设计规范仅是沿两个主轴方向单独的、分别进行抗震设计和节点“强柱弱梁”的校核，并没有考虑地震动输入的多维性，特别是斜向地震输入时节点周边梁柱强度比的变化，这就有可能导致在X（或Y）向单方向按照“强柱弱梁”设计的结构，在斜向地震作用时却无法实现“强柱弱梁”的设计目标，导致钢筋混凝土框架结构发生了层间倒塌或者整体倒塌。鉴于此，我们采取了适当的加强方法，来提高斜向地震作用下RC柱的承载力，增加其延性，提高其耗能能力。

发明内容

本发明目的在于针对上述RC方柱在斜向地震作用下，抗震性能较弱等问题，提供一种斜向地震作用下，在基本不改变结构按X、Y主轴方向设计的前提下提高RC方柱抗震性能的加强方法，可以在保证不发生粘结破坏的条件下大幅度提高RC方柱的斜向承载力和延性。

一种RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构，其特征在于：包括钢筋笼，其由RC柱纵筋1、箍筋2、等腰直角三角形品字形纵筋3相互绑扎固定而成，还包括角钢4和钢筋棍5；RC柱截面形式采用正方形；所述的RC柱纵筋1，是指除等腰直角三角形品字形纵筋之外的所有纵筋；所述等腰直角三角形品字形纵筋3是指：RC柱截面四角，与每角相邻的两边上，各一根与该角角筋相邻的纵筋，同时向该角筋位置集中，集中后，该三根纵筋组成截面形式为等腰直角三角形的品字形纵筋配筋形式，该等腰直角三角形的两条直角边与该角部处构件截面的两条直角边分别平行；所述角钢4，须采用等边角钢，固定于RC柱钢筋笼两端高h～2h范围内，柱截面的四个角部，h为RC柱截面高度，；所述钢筋棍5，用于角钢与钢筋笼之间的连接；钢筋棍的一端连接在角钢内侧，该内侧是指角钢与钢筋笼接触面的那侧，该端钢筋棍为平直段；钢筋棍另一端水平深入钢筋笼内侧；凡与纵筋或箍筋有接触的钢筋棍，应在该接触处做绑扎处理；该钢筋棍须布置于每个角钢相互垂直的两个面上，且两个面上的相邻两排钢筋棍应位于不同的水平面上错开布置，相邻水平面之间的距离应不小于30mm。

进一步，其特征在于：所述角钢，肢长应为h/4～h/3，h为RC柱截面高度，且不应小于100mm；角钢高度应在h～2h的范围内，且不应小于400mm；角钢厚度应为d₀～3d₀，d₀为箍筋直径，且不应小于8mm。

进一步，所述钢筋棍，其直径应为8mm-14mm之间；钢筋棍的长度应为h/5～h/4，h为RC柱截面高度，且不应小于100mm；钢筋棍一端与角钢内侧即角钢与钢筋笼接触面一侧进行连接，连接方式应采用焊接连接，且该端钢筋棍应为平直段；钢筋棍另一端深入钢筋笼内侧，当柱截面尺寸不小于500mm时，其末端采用90°弯钩，该弯钩方向延纵筋长度方向向下，弯钩长度不应小于5d，d为钢筋棍直径；当有多排钢筋棍时，钢筋棍的竖向及水平向间距应控制在80mm-150mm范围内，且角钢每边最外侧钢筋棍距该边距离不得超过50mm。

所述的一种RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：钢筋笼成型：根据RC柱截面形式的钢筋布置图，将纵筋、箍筋、等腰直角三角形品字形纵筋进行相互绑扎及位置固定，形成钢筋笼骨架；将等腰直角三角形品字形纵筋配筋形式中的每根纵筋分别与箍筋绑扎定位完成后，应再将品字形纵筋中的三根钢筋进行总体绑扎；

步骤二：角钢安装；将角钢固定在已成型的钢筋笼两端h～2h范围内，方柱截面四个角的外侧，h为RC柱截面高度；并在角钢与钢筋笼接触的那侧，将角钢与钢筋棍的平直端进行焊接；钢筋棍的另一端应深入钢筋笼内侧；应在该端与钢筋笼的箍筋和纵筋有接触处，进行绑扎连接；角钢、钢筋棍以及绑扎成型的钢筋笼之间在绑扎后，应始终保持接触状态，角部纵筋集中内置型钢加强型钢筋笼完全成型；

步骤三：加强结构成型：对上述角部纵筋集中内置型钢加强型钢筋笼支模、浇筑混凝土、养护后，加强结构完全成型；其中混凝土保护层从角钢外侧开始计算。

本发明具有以下优点：

1、加强效果好。未进行角部加强时，斜向受力RC方柱角部混凝土提前退出工作，导致柱子承载力及延性严重降低。角部纵筋集中内置型钢加强RC方柱后，角部集中纵筋及角钢增强了对角部混凝土的握裹力及约束作用，延长了角部混凝土的工作时间，提高了柱子的正截面承载力和延性，使之具有较好的抗震性能。

2、受力更合理。角部加强的品字形纵筋配筋形式，有效的承担了斜向地震中作用下，原有角部混凝土及纵筋所分担的外力；且角部集中的品字形配筋，增大了RC柱截面的惯性矩，角部钢筋受力增大，更多的纵筋充分参与受力，并屈服，大大提高和改善了RC方柱的受力性能。

3、经济适用性。该角部纵筋集中加强形式，并未改变RC方柱截面尺寸、配箍率等参数特征，仅仅是将截面中间布置的受力钢筋部分向截面角部集中，构件两端、截面的四个角部加以小角钢加强。该加强结构耐腐蚀性好，整体性强，既保证了原有截面设计真实性和经济性，又提高了构件的承载力及延性特性。

4、施工简单、适应性强。无须任何额外的施工方法，仅在原有绑扎过程中进行了品字形钢筋总体绑扎过程、角钢固定等简单步骤。

根据上述RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构及制备方法，通过试验及数值模拟对其进行了可行性、经济型、适用性的验证，具体内容如下：

对0.2轴压比下，普通方柱弯曲构件，以及使用该加强方法部分内容后的加强方柱弯曲构件进行了45°方向水平往复加载试验以及数值模拟工作。在该试验构件中，并未添加角钢加强部分，相当于削弱了对构件的加强性，故而完全采用本专利方法进行加强的构件，其加强效果应在本试验结果之上。普通方柱及加强方柱截面设计图如图7所示；对比结果如图8所示。两个构件除截面形式不同外（一为普通型，一为加强型），其他设计条件完全一致。

试验结果与数值模拟结果都表明：柱子的斜向抗弯承载力及延性在满足两主轴方向承载力及延性的要求前提下，加强方柱与未加强方柱相比，角部纵筋集中后的方柱，在斜向地震作用下的承载力和延性性能显著提高，其中承载力可以提高约24.7%，延性提高约41.4%；而加强后的方柱比未加强方柱的耗能能力明显好很多，并明显改善了钢筋的粘结滑移现象；由此可见，该加强结构中，部分加强方法的采用就已经对斜向地震作用下构件的抗震性能起到了明显的提高和改善作用，故而可以证明，该加强结构的十分有效，且完全可行。

本发明作为斜向作用下RC方柱的一种有效加强方式，是对现有研究的有力完善，将有很好的前景。

下面通过附图和实施例对本发明方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明RC方柱钢筋绑扎立面示意图。

图2为图1中A-A剖面立面图。

图3为图2中B-B剖面平面图。

图4为图2中C-C剖面立面图。

图5为图4中D-D剖面立面图。

图6为角钢平面展开钢筋棍布置示意图。

图7(a)RC方柱试验构件未加强前构件截面示意图；图7(b)RC方柱试验构件部分加强后构件截面示意图。

图8未加强构件与加强构件试验结果对比图

其中1.RC方柱纵筋、2.箍筋、3.等腰直角三角形品字形纵筋、4.角钢、5.钢筋棍。

在图2中，为保证能够清楚看见钢筋棍的投影，将其后部钢板的投影图用斜线表示，实际应同图1中钢板的表示形式一致，为整个黑色的填充面。

具体实施方式

一种RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构，其特征在于：包括钢筋笼，其由RC柱纵筋1、箍筋2、等腰直角三角形品字形纵筋3相互绑扎固定而成，还包括角钢4和钢筋棍5；RC柱截面形式采用正方形；所述的RC柱纵筋1，是指除等腰直角三角形品字形纵筋之外的所有纵筋；所述等腰直角三角形品字形纵筋3是指：RC柱截面四角，与每角相邻的两边上，各一根与该角角筋相邻的纵筋，同时向该角筋位置集中，集中后，该三根纵筋组成截面形式为等腰直角三角形的品字形纵筋配筋形式，该等腰直角三角形的两条直角边与该角部处构件截面的两条直角边分别平行；所述角钢4，须采用等边角钢，固定于RC柱钢筋笼两端高h～2h范围内，柱截面的四个角部，h为RC柱截面高度，；所述钢筋棍5，用于角钢与钢筋笼之间的连接；钢筋棍的一端连接在角钢内侧，该内侧是指角钢与钢筋笼接触面的那侧，该端钢筋棍为平直段；钢筋棍另一端水平深入钢筋笼内侧；凡与纵筋或箍筋有接触的钢筋棍，应在该接触处做绑扎处理；该钢筋棍须布置于每个角钢相互垂直的两个面上，且两个面上的相邻两排钢筋棍应位于不同的水平面上错开布置，相邻水平面之间的距离应不小于30mm。

1、基本要求

1.1、被加强的RC方柱的现场检测混凝土强度等级不应低于C25。

1.2、长期使用的环境温度不应超过60℃，相对湿度不应大于70%且无化学腐蚀和高湿高温。

1.3、角部集中纵筋内置型钢加强型RC方柱要求保护层厚度从角钢外表面开始计算，以保证角钢与混凝土的有效连接性，避免发生粘结滑移破坏；

2、施工准备

2.1、学习设计图纸，编制详细施工方案及加强细部大样图等。

2.2、角部集中纵筋——等腰直角三角形品字形纵筋与RC方柱截面上其他纵筋与箍筋组合成型。

2.3、选取合适的角钢型号。

2.4、选取合适的钢筋棍直径。

2.5、选取合适的细砂、胶体、丙酮、手套、钢尺等。

3、施工工艺流程

施工准备→标定位置→绑扎固定→加强构件定位成型→整体定型→围护。

4、操作要点

4.1、钢筋笼成型。根据RC方柱钢筋布置图，将纵筋1、箍筋2、等腰直角三角形品字形纵筋3进行相互绑扎及位置固定，形成钢筋笼骨架。其中品字形纵筋加强处，应先将品字形纵筋逐根、依次定位、绑扎成型，然后再将品字形纵筋的三根钢筋进行整体绑扎，固定成型。

4.2、选取角钢：角钢须采用等边角钢，角钢型号应通过RC柱截面尺寸、箍筋直径等因素确定；肢长应为h/4～h/3，h为RC柱截面高度，且不应小于100mm；高度应在h～2h的范围内，且不应小于400mm；角钢厚度应为d₀～3d₀，d₀为箍筋直径，且不应小于8mm。

4.3、选取钢筋棍：钢筋棍直径依据角钢尺寸、RC柱截面尺寸而定。其直径应为8mm-14mm之间；钢筋棍的长度应为截面尺寸的h/5～h/4（h为RC柱截面高度），且不应小于100mm。

4.4、角钢表面处理：为防止角钢表面过于光滑，而无法保证与混凝土有较好的粘结性能，故对角钢表面先用丙酮进行除锈工作，而后对其进行表面磨砂处理，表面磨砂凹痕程度，不应超过角钢厚度的1/10，以避免过度削弱角钢承载力。

4.5、角钢安装。将角钢4固定在已成型的钢筋笼两端h～2h范围内，h为RC柱截面高度，方柱截面四个角的外侧；并在角钢4与钢筋笼接触的那侧，将角钢4与钢筋棍5的一端进行焊接，该端钢筋棍应为平直端；钢筋棍另一端深入钢筋笼内侧，当柱截面尺寸不小于500mm时，其末端采用90°弯钩，该弯钩方向延纵筋长度方向向下，弯钩长度不应小于5d，d为钢筋棍直径；该钢筋棍须布置于每个角钢相互垂直的两个面上，且两个面上的相邻两排钢筋棍应位于不同的水平面上错开布置，相邻水平面之间的距离应不小于30mm。当有多排钢筋棍时，角钢每个面上钢筋棍的竖向及水平向间距应控制在80mm-150mm范围内，且角钢每边最外侧钢筋棍距该边距离不得超过50mm。角钢4、钢筋棍5以及绑扎成型的钢筋笼之间在绑扎后，应始终保持接触状态；

4.6、加强型钢筋笼成型与支模：通过角部纵筋集中、等腰直角三角形品字形纵筋绑扎定位、普通纵筋绑扎定位、角钢定位之后，加强型钢筋笼成型；为保证角钢与混凝土的有效连接性，避免发生粘结滑移破坏，应保证角钢外侧混凝土保护层厚度满足要求；在支模过程中，保护层厚度的计算起点应以角钢外侧表面为基准进行计算与支模。

4.7、RC方柱混凝土的浇筑与振捣：依据RC方柱的尺寸进行支模并检查模板合格后，将混凝土浇筑到模板内并进行振捣，直至密实。振捣棒不得触动钢筋、角钢以及钢筋棍。

以上所述，仅为本发明的其中一种实施例，也可以用于其他构件斜向地震作用下，抗震性能角部加强的一种方法。凡是根据本发明技术实质对以上实施例做的任何修改、变更或等效结构变化，均应属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构，其特征在于：包括钢筋笼，其由RC柱纵筋（1）、箍筋（2）、等腰直角三角形品字形纵筋（3）相互绑扎固定而成，还包括角钢（4）和钢筋棍（5）；RC柱截面形式采用正方形；所述的RC柱纵筋（1），是指除等腰直角三角形品字形纵筋之外的所有纵筋；所述等腰直角三角形品字形纵筋（3）是指：RC柱截面四角，与每角相邻的两边上，各一根与该角角筋相邻的纵筋，同时向该角筋位置集中，集中后，该三根纵筋组成截面形式为等腰直角三角形的品字形纵筋配筋形式，该等腰直角三角形的两条直角边与该角部处构件截面的两条直角边分别平行；所述角钢（4），须采用等边角钢，固定于RC柱钢筋笼两端高h～2h范围内，柱截面的四个角部，h为RC柱截面高度；所述钢筋棍（5），用于角钢与钢筋笼之间的连接；钢筋棍的一端连接在角钢内侧，该内侧是指角钢与钢筋笼接触面的那侧，该端钢筋棍为平直段；钢筋棍另一端水平深入钢筋笼内侧；凡与纵筋或箍筋有接触的钢筋棍，应在该接触处做绑扎处理；该钢筋棍须布置于每个角钢相互垂直的两个面上，且两个面上的相邻两排钢筋棍应位于不同的水平面上错开布置，相邻水平面之间的距离应不小于30mm。

2.根据权利1要求所述的一种RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构，其特征在于：所述角钢，肢长应为h/4～h/3，h为RC柱截面高度，且不应小于100mm；角钢高度应在h～2h的范围内，且不应小于400mm；角钢厚度应为d₀～3d₀，d₀为箍筋直径，且不应小于8mm。

3.根据权利1要求所述的一种RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构，其特征在于：所述钢筋棍，其直径应为8mm-14mm之间；钢筋棍的长度应为h/5～h/4，h为RC柱截面高度，且不应小于100mm；钢筋棍一端与角钢内侧即角钢与钢筋笼接触面一侧进行连接的一端，连接方式应采用焊接连接，且该端钢筋棍应为平直段；钢筋棍另一端深入钢筋笼内侧，当柱截面尺寸不小于500mm时，其末端采用90°弯钩，该弯钩方向延纵筋长度方向向下，弯钩长度不应小于5d，d为钢筋棍直径；当有多排钢筋棍时，钢筋棍的竖向及水平向间距应控制在80mm-150mm范围内，且角钢每边最外侧钢筋棍距该边距离不得超过50mm。

4.根据权利1要求所述的一种RC方柱角部纵筋集中内置型钢加强结构的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤一：钢筋笼成型：根据RC柱截面形式的钢筋布置图，将纵筋、箍筋、等腰直角三角形品字形纵筋进行相互绑扎及位置固定，形成钢筋笼骨架；将等腰直角三角形品字形纵筋配筋形式中的每根纵筋分别与箍筋绑扎定位完成后，应再将品字形纵筋中的三根钢筋进行总体绑扎；

步骤二：角钢安装；将角钢固定在已成型的钢筋笼两端h～2h范围内，方柱截面四个角的外侧，h为RC柱截面高度；并在角钢与钢筋笼接触的那侧，将角钢与钢筋棍的平直端进行焊接；钢筋棍的另一端应深入钢筋笼内侧；应在该端与钢筋笼的箍筋和纵筋有接触处，进行绑扎连接；角钢、钢筋棍以及绑扎成型的钢筋笼之间在绑扎后，应始终保持接触状态，角部纵筋集中内置型钢加强型钢筋笼完全成型；

步骤三：加强结构成型：对上述角部纵筋集中内置型钢加强型钢筋笼支模、浇筑混凝土、养护后，加强结构完全成型；其中混凝土保护层从角钢外侧开始计算。

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