CN104100098A - 钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法及加固柱 - Google Patents

Abstract

钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法，该加固法先制作截面是椭圆形的钢套筒，钢套筒的椭圆形截面是待加固的原混凝土柱矩形截面的最小外接椭圆，再将制作好的钢套筒分为对称的左半钢套筒、右半钢套筒，然后对原混凝土柱、左半钢套筒、右半钢套筒都进行清洁处理，并涂抹界面胶，再将左、右半钢套筒以原混凝土柱为中轴线进行定位对焊以焊接成一个整体的钢套筒，然后在原混凝土柱、钢套筒之间灌注细石混凝土，再养护到规定时间即可。本设计不仅截面增加较少、承载力增加较多、成本较低，而且抗压强度、抗变形性能、可靠性都较强。

Description

钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法及加固柱

技术领域

本发明涉及一种钢筋混凝土矩形截面柱加固法，尤其涉及一种钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法及加固柱，具体适用于在与矩形外包钢增大截面加固法相比，增大同样横截面面积的基础下，承载能力增加更多，制造材料更节省，可靠性更高。

背景技术

目前，已有的钢筋混凝土柱（截面为矩形）常因各种原因要大幅度增加荷载，如房屋加层改造、工业厂房设备更新等都可能使原柱所受荷载增加较多。对这类问题往往不仅需要通过加固来大幅度提高原柱的承载能力，还要求加固后柱的横截面增加不多（即占用空间小），加固速度快，加固使用的材料与原柱联结成整体，共同受力和变形，安全可靠等。

为满足以上要求，现有的钢筋混凝土矩形截面柱加固方法主要有两类：一类是用同种材料加固，另一类是用异种材料加固。

同种材料加固法：主要有两种做法，一是增加混凝土截面，即在柱子外部增加细石混凝土，二是增加钢筋混凝土截面，即打开柱子外侧混凝土保护层，新增钢筋与原钢筋每隔一段距离焊牢，外加新箍，再将外部用细石混凝土浇筑成新截面。采用同种材料加固钢筋混凝土矩形截面柱的缺点是现场湿作业面大，养护周期较长，柱子横截面增加较多，对结构外观及房屋使用空间有较大影响。

异种材料加固法：是在原柱外用钢结构进行加固，即用四根角钢在柱子的四角加固，角钢之间用缀板焊连，在角钢和原柱体之间灌注环氧树脂类结构胶或水泥砂浆填实，这种常规的外包钢加固法有时会出现原结构与新增钢结构先、后破坏的情况，因而其整体工作性能较差，可靠性低。

粘钢板加固法，即用特制建筑结构胶将钢板粘贴在钢筋混凝土构件表面以提高结构承载力，此种加固法具有快速、简单、不影响结构外形，施工时对生产和生活影响较小，对受弯构件加固效果良好，但对柱子加固效果不令人满意，尤其在要求大幅度提高柱子承载力时不能使用，故GB 50367-2006《混凝土结构加固设计规范》没有公开对柱子进行粘钢加固法的相关内容。

中国专利，公开号为CN1851202A，公开日为2006年10月25日的发明专利申请公开了一种钢筋混凝土矩形柱加固方法，该发明针对钢筋混凝土矩形柱，在柱的加固区钻小孔，种植筋材，采用FRP布缠绕在混凝土矩形柱的表面上，形成对混凝土柱的横向约束。虽然该设计能够提高钢筋混凝土矩形柱的抗震延性，但其仍旧具有以下缺陷：

该设计先在原混凝土柱上种植筋材，再在原混凝土柱的外表面缠绕FRP布进行横向约束，与原柱相比，虽然截面面积增加较少，但其增加的承载力同样较弱，且其加固步骤繁琐，花费较多筋材，成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的难以同时满足截面增加较少、承载力增加较多、可靠性较高的缺陷与问题，提供一种可以同时满足截面增加较少、承载力增加较多、可靠性较高的钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法及加固柱。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法，所述外包粘钢加固法包括以下步骤：

制作钢套筒：先用钢板制作钢套筒，该钢套筒的截面是椭圆形，待加固的原混凝土柱的截面是矩形，钢套筒的椭圆形截面是原混凝土柱矩形截面的最小外接椭圆，再将制作好的钢套筒分为对称的左半钢套筒、右半钢套筒待用；

安装钢套筒：先对待加固的原混凝土柱的外表面进行清洁处理，并涂抹界面胶，再对上述左半钢套筒、右半钢套筒的内壁进行除锈清洁处理，并涂抹界面胶，然后将左半钢套筒、右半钢套筒以原混凝土柱为中轴线进行定位，定位后在左半钢套筒、右半钢套筒的接缝处满焊以使左半钢套筒、右半钢套筒被焊接为一个整体的钢套筒；

灌注混凝土：先在原混凝土柱与其外部增设的钢套筒之间灌注细石混凝土，该细石混凝土的强度等级比原混凝土柱的强度等级至少高一个等级，灌注结束后，再养护到规定时间，即可完成所述钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法。

所述钢套筒的椭圆形截面的面积是原混凝土柱矩形截面的面积的157%。

所述钢板的厚度为4毫米。

所述细石混凝土的强度等级为C20–C80。

上述钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法所制作的加固柱；

所述加固柱由内到外依次包括原混凝土柱、灌注体与钢套筒；

所述原混凝土柱的截面是矩形，钢套筒的截面是椭圆形，且钢套筒的椭圆形截面是原混凝土柱矩形截面的最小外接椭圆；

所述灌注体位于原混凝土柱、钢套筒之间，灌注体的灌注材料是细石混凝土，该细石混凝土的强度等级比原混凝土柱的强度等级至少高一个等级。

所述钢套筒的椭圆形截面的面积是原混凝土柱矩形截面的面积的157%。

所述钢套筒的椭圆形截面的长轴是1130毫米，短轴是707毫米，所述原混凝土柱的矩形截面的长为800毫米，宽为500毫米。

所述钢套筒的制造材料是厚度为4毫米的钢板。

所述细石混凝土的强度等级为C20–C80。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法及加固柱中，在原混凝土柱的外部套设有钢套筒，两者之间灌注有细石混凝土，钢套筒的椭圆形截面是原混凝土柱矩形截面的最小外接椭圆，该设计通过增加横截面面积较小的情况下利用钢套筒约束核心混凝土的方法来提高原柱的承载能力，承载能力提高较多，同时，钢套筒的椭圆形截面是原混凝土柱矩形截面的最小外接椭圆的设计能够保证在增大同样横截面面积的情况下，椭圆形加固方案比矩形加固方案用钢量少而承载力却高出一半，进一步有效增大柱子延性，特别适合柱子荷载增加较多时的加固和抗震加固，此外，椭圆形钢套筒对核心混凝土的约束效果大于矩形钢套筒，原混凝土柱连同后浇细石混凝土在三向受压时混凝土抗压强度及变形性能均增大，可靠性较高。因此，本发明不仅截面增加较少、承载力增加较多，而且可靠性较高、成本较低。

2、本发明钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法及加固柱中采用的细石混凝土的强度等级比原混凝土柱的强度等级至少高一个等级，该设计能够进一步提高加固柱的承载能力与核心混凝土抗压强度，尤其当细石混凝土的强度等级为C20–C80时，效果更好。因此，本发明的承载能力、抗压强度均较高。

附图说明

图1是本发明的截面示意图。

图2是矩形加固方案的截面示意图。

图3是本发明的实施例1的截面示意图。

图中：原混凝土柱1、灌注体2、钢套筒3、左半钢套筒31、右半钢套筒32、界面胶4。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1、图3，钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法，所述外包粘钢加固法包括以下步骤：

制作钢套筒：先用钢板制作钢套筒3，该钢套筒3的截面是椭圆形，待加固的原混凝土柱1的截面是矩形，钢套筒3的椭圆形截面是原混凝土柱1矩形截面的最小外接椭圆，再将制作好的钢套筒3分为对称的左半钢套筒31、右半钢套筒32待用；

安装钢套筒：先对待加固的原混凝土柱1的外表面进行清洁处理，并涂抹界面胶4，再对上述左半钢套筒31、右半钢套筒32的内壁进行除锈清洁处理，并涂抹界面胶4，然后将左半钢套筒31、右半钢套筒32以原混凝土柱1为中轴线进行定位，定位后在左半钢套筒31、右半钢套筒32的接缝处满焊以使左半钢套筒31、右半钢套筒32被焊接为一个整体的钢套筒3；

灌注混凝土：先在原混凝土柱1与其外部增设的钢套筒3之间灌注细石混凝土，该细石混凝土的强度等级比原混凝土柱1的强度等级至少高一个等级，灌注结束后，再养护到规定时间，即可完成所述钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法。

所述钢套筒3的椭圆形截面的面积是原混凝土柱1矩形截面的面积的157%。

所述钢板的厚度为4毫米。

所述细石混凝土的强度等级为C20–C80。

上述钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法所制作的加固柱；

所述加固柱由内到外依次包括原混凝土柱1、灌注体2与钢套筒3；

所述原混凝土柱1的截面是矩形，钢套筒3的截面是椭圆形，且钢套筒3的椭圆形截面是原混凝土柱1矩形截面的最小外接椭圆；

所述灌注体2位于原混凝土柱1、钢套筒3之间，灌注体2的灌注材料是细石混凝土，该细石混凝土的强度等级比原混凝土柱1的强度等级至少高一个等级。

所述钢套筒3的椭圆形截面的面积是原混凝土柱1矩形截面的面积的157%。

所述钢套筒3的椭圆形截面的长轴是1130毫米，短轴是707毫米，所述原混凝土柱1的矩形截面的长为800毫米，宽为500毫米。

所述钢套筒3的制造材料是厚度为4毫米的钢板。

所述细石混凝土的强度等级为C20–C80。

本发明的原理说明如下：

现有钢筋混凝土矩形截面柱传统加固方法的不足与缺陷如下：

加大截面法——现场湿作业面大，养护周期较长，柱子横截面增加较多，对结构外观及房屋使用空间有较大影响；

外包钢加固法——原结构与新增钢结构先、后破坏，整体工作性能较差，可靠性低。

参见图1–图3，为克服上述缺陷，对柱子加固时需要做到既要大幅度提高其承载力，又要使柱子横截面增大较少，还要整体性强、可靠性高。为此，本发明提出一种“钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法及加固柱”，其核心在于钢套筒的椭圆形截面是原混凝土柱矩形截面的最小外接椭圆，与现有的矩形加固方案相比，在增大同样横截面面积的情况下，椭圆形加固方案比矩形加固方案用钢量少而承载力却高出一半，有效增大柱子延性，特别适合柱子荷载增加较多时的加固和抗震加固，同时，椭圆钢套筒的横向约束作用使核心混凝土处于三向受压复合应力状态，提高了混凝土抗压强度和受压变形能力，且柱子外形具有流线型，美观漂亮。

最小外接椭圆（面积最小、周长最小）：同一个矩形只有一个外接圆，但有无数个外接椭圆，实际上，外接圆是外接椭圆的一个特例，相比之下，无数个外接椭圆中的最小外接椭圆（面积最小、周长最小）也只有唯一的一个，最小外接椭圆的最大特点就是最省材料，即在满足增大承载能力的基础上，截面面积增加最小，性价比最高。

细石混凝土：比原有柱子混凝土强度等级至少高一个等级的免振捣自密实混凝土，强度一般在C20–C80。

界面胶：用来提高新老混凝土的整体粘结性能。

实施例1：

参见图2所示的矩形加固方案，对横截面尺寸宽×长＝500×800mm的原有钢筋混凝土矩形截面柱，沿着截面四边向外扩大78mm，柱总共增加横截面面积227136mm²(约57%)。

参见图3所示的本发明的加固方案，即钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法，其包括以下步骤：

制作钢套筒：先用厚度为4毫米的钢板制作钢套筒3，该钢套筒3的截面是椭圆形（长轴×短轴＝1130×707mm），待加固的原混凝土柱1的截面是矩形（宽×长＝500×800mm），钢套筒3的椭圆形截面是原混凝土柱1矩形截面的最小外接椭圆，再将制作好的钢套筒3分为对称的左半钢套筒31、右半钢套筒32待用；

安装钢套筒：先对待加固的原混凝土柱1的外表面进行清洁处理，并涂抹界面胶4，再对上述左半钢套筒31、右半钢套筒32的内壁进行除锈清洁处理，并涂抹界面胶4，然后将左半钢套筒31、右半钢套筒32以原混凝土柱1为中轴线进行定位，定位后在左半钢套筒31、右半钢套筒32的接缝处满焊以使左半钢套筒31、右半钢套筒32被焊接为一个整体的钢套筒3；

灌注混凝土：先在原混凝土柱1与其外部增设的钢套筒3之间灌注细石混凝土（强度为C20–C80），该细石混凝土的强度等级比原混凝土柱1的强度等级至少高一个等级，灌注结束后，再养护到规定时间，即可完成所述钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法，并得到所述的加固柱。

比较图2、图3所得到的加固柱，图2中，增加横截面面积57%，矩形钢套筒周长S＝3224 mm，图3中，增加横截面面积也为57%，但椭圆形钢套筒周长S＝2960 mm，节约钢材约8%，成本明显较低，同时，根据试验测得图3中加固柱的承载力的提高幅度是图2中矩形方案提高幅度的150%，此外，椭圆形钢套筒对核心混凝土的约束效果大于矩形钢套筒，原混凝土柱连同后浇细石混凝土在三向受压时混凝土抗压强度及变形性能均增大。

Claims (9)

1.钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法，其特征在于：所述外包粘钢加固法包括以下步骤：

制作钢套筒：先用钢板制作钢套筒（3），该钢套筒（3）的截面是椭圆形，待加固的原混凝土柱（1）的截面是矩形，钢套筒（3）的椭圆形截面是原混凝土柱（1）矩形截面的最小外接椭圆，再将制作好的钢套筒（3）分为对称的左半钢套筒（31）、右半钢套筒（32）待用；

安装钢套筒：先对待加固的原混凝土柱（1）的外表面进行清洁处理，并涂抹界面胶（4），再对上述左半钢套筒（31）、右半钢套筒（32）的内壁进行除锈清洁处理，并涂抹界面胶（4），然后将左半钢套筒（31）、右半钢套筒（32）以原混凝土柱（1）为中轴线进行定位，定位后在左半钢套筒（31）、右半钢套筒（32）的接缝处满焊以使左半钢套筒（31）、右半钢套筒（32）被焊接为一个整体的钢套筒（3）；

灌注混凝土：先在原混凝土柱（1）与其外部增设的钢套筒（3）之间灌注细石混凝土，该细石混凝土的强度等级比原混凝土柱（1）的强度等级至少高一个等级，灌注结束后，再养护到规定时间，即可完成所述钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法，其特征在于：所述钢套筒（3）的椭圆形截面的面积是原混凝土柱（1）矩形截面的面积的157%。

3.根据权利要求1或2所述的钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法，其特征在于：所述钢板的厚度为4毫米。

4.根据权利要求1或2所述的钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法，其特征在于：所述细石混凝土的强度等级为C20–C80。

5.权利要求1所述的钢筋混凝土柱矩形截面变椭圆形外包粘钢加固法所制作的加固柱，其特征在于：

所述加固柱由内到外依次包括原混凝土柱（1）、灌注体（2）与钢套筒（3）；

所述原混凝土柱（1）的截面是矩形，钢套筒（3）的截面是椭圆形，且钢套筒（3）的椭圆形截面是原混凝土柱（1）矩形截面的最小外接椭圆；

所述灌注体（2）位于原混凝土柱（1）、钢套筒（3）之间，灌注体（2）的灌注材料是细石混凝土，该细石混凝土的强度等级比原混凝土柱（1）的强度等级至少高一个等级。

6.根据权利要求5所述的加固柱，其特征在于：所述钢套筒（3）的椭圆形截面的面积是原混凝土柱（1）矩形截面的面积的157%。

7.根据权利要求6所述的加固柱，其特征在于：所述钢套筒（3）的椭圆形截面的长轴是1130毫米，短轴是707毫米，所述原混凝土柱（1）的矩形截面的长为800毫米，宽为500毫米。

8.根据权利要求5或6所述的加固柱，其特征在于：所述钢套筒（3）的制造材料是厚度为4毫米的钢板。

9.根据权利要求5或6所述的加固柱，其特征在于：所述细石混凝土的强度等级为C20–C80。