CN104631850B - 预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法；是采用与被加固混凝土柱外形匹配的钢护筒对钢筋混凝土柱施加环向预应力，在钢护筒外表面焊接垂直于所述钢护筒外表面的辐射钢筋，在辐射钢筋自由端焊接环形箍筋，在环形箍筋内侧竖向沿被加固混凝土柱轴向焊接纵筋，最后在环向箍筋外立模板并浇筑混凝土。本发明方法不破坏原有混凝土柱的结构并对原有结构施加预应力，使原有混凝土的受力由两向应力状态变为三向受力状态，混凝土的抗压强度得到提高进而提高被加固柱的结构承载力；构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，使结构具有优越的抗震性能。适于工程上对混凝土构件的补强。

Description

预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法

技术领域

本发明公开了一种混凝土柱加固方法，特别是指一种预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，属于混凝土施工方法技术领域。

背景技术

钢筋混凝土结构是目前工程实践中应用最为广泛的结构形式。由于施工质量差、建筑物使用功能改变、结构超载、暴露于恶劣环境等原因，有许多钢筋混凝土结构要进行加固补强。钢筋混凝土柱的加固方法包括：

增大截面加固法。又称为外包混凝土加固法,是采用增大构件或建筑物的截面和配筋,以提高其强度、刚度、稳定性和抗裂性来满足构件正常使用要求的一种加固形式。增大截面加固法有四周外包、单面加厚和双面加厚等加固形式。外包的混凝土常采用支模浇捣,目前也常采用喷射混凝土法。喷射混凝土法工艺简单,施工方便,特别适用于复杂形状柱的表面。增大截面法对混凝土柱加固施工时,原柱已存在一定的压缩变形,而且收缩和徐变已然存在,因此，新加部分的应力应变必然滞后于原柱的应力应变,导致新旧柱不能同时达到应力峰值，若外载应力超过旧有混凝土柱的强度，旧有混凝土就会开裂破坏，新加固的混凝土也会随之破坏，加固就会失败。在新旧混凝土的结合面粘结可靠的前提下,新旧混凝土的应变增量会基本一致，但对于轴心受压柱,新旧混凝土之间存在着明显的应力重分布，导致新混凝土的受力滞后。

螺旋筋约束柱法。其做法是用钢筋连续缠绕在混凝土柱体上成螺旋状,然后用高强度等级细石混凝土填塞、灌满,密实柱与螺旋筋之间的空隙,并将螺旋筋表面抹平,再用一定厚度的水泥砂浆抹光作为保护层。采用螺旋筋约束柱法可以提高混凝土柱的强度等级,从而达到加固柱子的目的。此法与加大截面法无明显的差异，螺旋筋由于是后加的，其受力也存在滞后现象。

外包钢加固法。是指在混凝土(方)柱的四角或两面包型钢的一种加固方法，分为干式外包钢与湿式外包钢两种形式。干式外包钢即将型钢直接外包于原柱上或在柱体与型钢之间填塞有水泥砂浆但无法保证结合面剪力的有效传递。湿式外包钢则采用在型钢和原柱间保留一定的缝隙,并在其中浇灌乳胶水泥砂浆或环氧砂浆使两者粘结在一起的方法进行加固。现多采用湿式外包钢的方式进行钢筋混凝土柱的加固。使用湿式外包钢加固混凝土柱,除了其外包钢与加固的旧混凝土柱能整体受力共同工作提高柱承载力外,外包钢柱形成整体的紧箍,对原混凝土起到部分约束作用,提高原混凝土抗压强度,也可以提高柱的承载力。外包钢加固法可显著提高加固柱的承载力,但其对混凝土横向变形约束不够，导致旧有混凝土的变形过大。

纤维增强聚合物加固法。用聚合物纤维布对钢筋混凝土柱进行横向包裹的一种加固方法。聚合物纤维布对混凝土的约束作用与箍筋的约束作用类似,可使其包裹的混凝土处于三向受压状态下。聚合物纤维布的约束作用是一种被动约束,随着混凝土轴向力的增长,横向膨胀使聚合物纤维布产生环向伸长,从而达到侧向约束混凝土的目的。加固柱的内核芯混凝土受到箍筋与外包聚合物纤维布的双重约束作用,在混凝土达到峰值应力时仍有较好的变形性能。横向包裹聚合物纤维布加固混凝土柱可较大地提高柱的延性,但由于聚合物纤维布是一种各项异性的材料,其纤维方向的强度与弹模远大于其垂直纤维方向的强度与弹模,故其对加固柱的极限承载力提高幅度不大。

轴向预应力撑杆加固。预应力撑杆加固法就是在混凝土柱子的一侧或两侧用长于柱子的型钢对柱子施加预顶升力,从而对混凝土柱子进行加固的方法。轴向撑杆的架设分担了原有混凝土柱子的部分受力，使原有混凝土柱部分卸载，存在的问题是新旧两部分受力不同步，预应力撑杆过长或受力过大还要对其实施横向加固，以确保其横向稳定性。

轴向预应力拉杆加固。预应力拉杆加固方法是主要针对大偏心受压混凝土柱,在受拉区设置拉杆,以提高混凝土柱承载能力的一种加固方法。该方法存在的明显不足是，预应力拉杆加大了混凝土柱受压部分的压力，外置拉杆与混凝土柱中原有受拉钢筋的受力不同步，有可能出现梯次破坏。

从上述的关于混凝土柱的加固方法看，前四种加固方法属于着眼于柱的横向加固，提高了混凝土柱的轴向承载能力同时也加大了混凝土柱的截面面积，后两种加固方法着眼于混凝土柱的轴向加固同样也加大了混凝土柱的横向尺度。无论采用哪种加固方法，都必须遵循以下原则：①不能破坏原有混凝土柱，否则会降低原有混凝土柱的强度，增加原有混凝土柱在施工期间的不安全性；②尽力确保原有结构和加固结构层受力同步。被加固的原有混凝土柱已处于受力状态，若在外粘贴加固材料或钻孔植筋增加结构层，新老混凝土结构层的受力不同步，新结构层受力就意味着原有结构层的屈服或破坏，这就意味着必须对原有混凝土柱施加预应力；③确保工程安全，责任明确。若加固混凝土柱在加固施工完成并投入使用后又再一次发生破坏，难以划分原有结构施工单位和加固施工单位责任。所以，混凝土柱的加固设计和施工，在承载方面既要分工明晰又要继承提高；④强度和刚度协同提高。前述的前四种加固方法都可降低柱的长细比,提高柱子的刚度，而轴向预应力撑杆加固、轴向预应力拉杆加固有可能带来混凝土柱侧向刚度降低。为此，申请人提出了预压应力钢护筒并植筋扩大断面加固混凝土柱法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法；本发明方法能够有效提高钢筋混凝土柱的抗压承载力。

为达到上述目的，本发明的构思是：针对钢筋混凝土柱，在不破坏原有混凝土柱结构的前提下，对原有混凝土柱适当施加环向预应力，以确保原有结构和加固结构层同步受力，在承载方面既要受力明晰又要新旧配合，加固后柱的强度和刚度协同提高。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，是采用与被加固混凝土柱外形匹配的钢护筒对钢筋混凝土柱施加环向预应力，在钢护筒外表面焊接垂直于所述钢护筒外表面的辐射钢筋，在辐射钢筋自由端焊接环形箍筋，在环形箍筋内侧竖向沿被加固混凝土柱轴向焊接纵筋，最后在环向箍筋外立模板并浇筑混凝土。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，包括下述步骤：

第一步：按被加固混凝土柱外形，制备与被加固混凝土柱外形匹配的钢护筒，所述钢护筒至少由两扇构成，且钢护筒的周长比被加固混凝土柱的截面周长小；

第二步：对被加固区域钢筋混凝土柱表面打磨清理后，将步骤一制备的钢护筒紧扣在加固区域的混凝土柱上，通过设于钢护筒侧端部的连接结构牵引两扇钢护筒，实现对被加固区域钢筋混凝土柱施加预压应力；

第三步：在两扇钢护筒外表面焊接辐射钢筋，辐射钢筋垂直于钢护筒外表面，沿辐射钢筋自由端焊接环形箍筋，在环形箍筋内侧竖向沿被加固混凝土柱轴向焊接纵筋；

第四步：在环形箍筋外立模板，浇筑新混凝土。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第二步中，对混凝土柱表面打磨清理是对混凝土柱表面凸出部分进行打磨、蜂窝麻面处进行修补，使被加固区域钢筋混凝土柱表面与钢护筒内表面形状基本一致，满足被加固区域钢筋混凝土柱表面与钢护筒内表面的接触面积大于等于钢护筒内表面面积的95％。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第一步中，钢护筒的横截面形状与被加固混凝土柱相同，钢护筒的横截面形状选自圆形、椭圆形、矩形、正多边形中的一种，钢护筒的周长比被加固混凝土柱的截面周长短0.05-0.15米。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第二步中，设于钢护筒侧端部的连接结构为法兰螺栓螺母连接结构。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第二步中，施加预压应力的大小以平衡原有混凝土柱承受的环向压应力为基准，原有混凝土柱承受的环向压应力根据其受力状态，采用弹性力学方法计算确定。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第三步中，钢护筒外表面高度方向相邻的辐射钢筋，在钢护筒外表面周向错位设置。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第三步中，辐射钢筋长度和数量根据加固后柱的承载目标，计算确定。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第三步中，辐射钢筋及纵筋均采用HRB335变形钢筋，环形箍筋采用HPB300圆钢。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第四步中，当被加固混凝土柱的高度大于等于2米时，在环形箍筋外的模板外表面设置浇筑窗口，相邻浇筑窗口的竖向间距为1-2米。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第三步中，模板的内径根据设计的混凝土保护层厚度确定。

本发明的钢筋混凝土柱加固方法，若建筑上有要求不能改变原有截面时，可以将加固区的混凝土保护层切除，并将内表面打磨清理平整，直接用两个半圆钢护筒对混凝土柱施加预压应力，钢护筒与原有混凝土间的缝隙用水泥浆充填，护筒外表面用砂浆护面。

本发明的钢筋混凝土柱加固方法，同样适应于可以开挖的混凝土桩的加固，用于混凝土桩的加固时，要确保桩的稳定性和防止地下水的影响。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：

1.相比于在混凝土柱表面凿孔植筋，本发明不破坏原有混凝土柱的结构且对原有结构施加了预应力；

2.不降低混凝土柱的承载力。通过钢护筒对原有混凝土柱施加适当环向预应力，使原有混凝土的受力由两向应力状态变为三向受力状态，混凝土的抗压强度得到提高进而提高被加固柱的结构承载力；钢护筒内部的混凝土又可以有效地防止钢护筒发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和；

3.原有混凝土柱被施加有预应力，确保了原有结构受力和加固结构层受力同步，不会出现梯次破坏，加固结构层受力的滞后得以明显改善，

4.本发明对柱加固好后，新旧材料在承载方面既受力明晰又新旧配合，若加固混凝土柱在加固施工完成并投入使用后又再一次发生破坏，原有结构施工单位和加固施工单位责任划分方便；

5.本发明加固方法既提高了柱的强度又提高了混凝土柱的刚度，改变了被加固柱的长细比，全面提高钢筋混凝土柱(桩)的抗压性能，确保了二者的协同工作；

6.被加固的柱加固完后具有钢管混凝土的相应优势。混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢护筒混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在，提高了钢护筒的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。

7.钢护筒混凝土的塑性和韧性好。混凝土属于脆性材料，特别是高强度混凝土脆性性能更加明显。而钢护筒具有较好的塑性和韧性，内部的核心混凝土受到外部钢护筒的有效约束，使得内部核心混凝土在轴向压力和外部钢护筒约束应力的共同作用下处于三向受压的应力状态，这种应力状态可以使内部核心混凝土充分地发挥抗压强度和塑性变形能力，有效的降低了核心混凝土的脆性性能，提高了混凝土的塑性变形能力。

8.钢护筒和混凝土之间的相互作用使钢护筒内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，使结构具有优越的抗震性能。

附图说明

附图1为本发明采用钢护筒对原有钢筋混凝土柱施加预应力示意图。

附图2为本发明采在钢护筒外加焊扇形辐射钢筋、环形箍筋及竖向纵筋示意图。

附图3为本发明在焊接的环向箍筋外立模板示意图。

附图4为本发明实施例1中原柱截面配筋示意图。

附图5为本发明实施例1中对原柱施加预应力示意图。

附图6为本发明实施例1加固示意图。

附图7为本发明实施例2中现有技术加固结构示意图。

附图8为本发明实施例2中采用本发明技术加固结构示意图。

附图9为本发明实施例2中预应力施加示意图。

图中：1—混凝土柱；2—钢护筒；3—螺栓；4—扇形辐射钢筋；5环向箍筋；6—纵筋；7—模板；8—原柱箍筋；9—原柱纵筋。

具体实施方式

实施例1

参见附图4-6，某综合办公楼,修建于上世纪80年代,四层砖混结构。2004年,根据单位发展需要,对其二层改作档案室。原有柱的截面尺寸为400mm×400mm,偏心距e＝500mm,根据新规范计算,其承载力不能满足需要,故对其进行加固。加固过程如下:

用预压应力钢护筒并植筋扩大断面方法对该混凝土柱进行加固，再新规范对加固后柱的承载力进行验算,以说明加固后该柱承载力提高的幅度。

已知条件:C25混凝土,混凝土的抗压强度f_c＝11.9N/mm²,HRB335螺纹钢,钢筋抗拉强度f_y＝300N/mm²,柱截面尺寸及配筋情况如图4所示。

1.原有柱的承载力

柱的参数(以下参数的代数符号均按土木工程领域的代号理解)：h₀＝360mm,A_s(2φ18+2φ20)＝1137mm²,a′_s＝40mm，按下式计算混凝土相对受压区高度ξ:

$\mathrm{\ξ}=(1-\frac{e}{h_0})+\sqrt{{(1-\frac{e}{h_0})}^2+\frac{2f_y{A}_s}{f_{c}b{h}_0}(1-\frac{{\mathrm{\α}}_s}{h_0})}=0.3218$

混凝土受压区高度：

x＝ξh₀＝0.3218×360＝116mm

按下式求允许轴力N：

$N=\frac{f_c\mathrm{bx}(h_0-\frac{x}{2})+f_y{A}_s(h_0-a_s^{\′})}{e}=551.8\mathrm{kN}$

2.采用本发明方法对方形柱进行加固

用预压应力钢护筒并植筋扩大断面方法对该混凝土柱进行加固。加固预期承载目标为2N,在加固柱的设计和施工过程中,加强新旧柱之间的结合至关重要，要确保它们能够整体工作,新旧柱的结合面粘结可靠,较好地发展它们之间的内力重分布,充分发挥柱子的作用。其施工过程如下:

第一步:表面处理。把原有方柱表面混凝土全部清理、洁净并用丙酮清洗湿润,涂刷一道环氧树脂胶；

第二步:用四片钢护角对方形柱施加预压应力，所加预压应力的大小以原有混凝土方柱承受的环向压应力为基准，钢护筒在柱轴向的长度与柱的高度相当，钢护筒侧端部的连接结构为法兰螺栓螺母连接结构；

第三步：在四片钢护角上各焊接两根辐射钢筋，其直径长度以与四个钢护角的外截圆相交为准，外接圆半径R＝286mm；

第四步：在沿辐射钢筋自由端及钢护角的四个外角焊接φ8mm环形箍筋，如图6所示，辐射钢筋及环形箍筋在柱轴向的间距为150mm；

第五步：在环形箍筋内侧竖向沿被加固混凝土柱轴向焊接纵筋，纵筋布置12

第六步：在环形箍筋外立模板，浇筑新混凝土。按设计要求支立模板,并在相应部位留置浇灌孔,顶层柱的浇灌孔留在屋面板的上口。浇灌混凝土。因为是修补工程,梁板柱节点的操作面无法展开,所以采用附着式震动器震捣；

第七步:洒水加强养护,达到设计强度后拆模；

第八步:装饰面层。

本发明预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，第一步中，对混凝土柱表面打磨清理是对混凝土柱表面凸出部分进行打磨、蜂窝麻面处进行修补，使被加固区域钢筋混凝土柱表面平整度与钢护角钢护筒内表面平整度基本一致，满足被加固区域钢筋混凝土柱表面与钢护筒内表面的接触面积大于等于方柱表面面积的95％。

3.加固后柱的承载力

材料强度指标均同原有柱，用等效截面法计算。

第一步：用正方形截面代换圆形截面：h＝b＝1.76R＝504mm。

第二步：因e＝500mm>260mm，按下式计算混凝土相对受压区高度ξ。

(f_cb h₀ ²-1.25Nh₀)ξ²+(2Nh₀-2.5Ne-0.7f_cbh₀ ²)ξ+(Ne-0.3Nh₀)＝0

依次代入f_c＝11.9，b＝504mm，e＝500mm，柱加固后预期承载目标为：N＝2×551.8kN＝1103.6kN，则上式即为：

6.112924×10⁸ξ²-1.2387748×10⁹ξ+4.0017×10⁸＝0

得ξ＝0.403。

第三步：计算允许轴力:。

N＝(2.5ξ-1)A_sf_y+f_cbh₀ξ,

代入加固后柱的全部钢筋截面积后，算得允许轴力N＝1107032N≈1107kN，与加固预期目标N＝1103.6kN几乎相等。

4.若采用植筋扩大断面方法对该混凝土柱进行加固，即直接在方柱上开孔埋入辐射钢筋，辐射钢筋的直径20mm,长度以与方柱的四个角的外截圆相交为准，环形箍筋和焊接纵筋均与本发明的相同，经计算，其轴向承载力N₁＝892kN,较本发明方法加固的柱的承载力低约20％。

5.结论

由上述计算可知,原钢筋混凝土柱设计承载力为551.8KN,经过柱外套柱进行加固补强,其承载力变为1103.6KN,是加固前的2倍,承载力得到了很大的提高；并且,加固方法简单易行,便于操作。

由于加大了原柱的混凝土截面面积和配筋量,因此这种方法不仅可以提高原柱的承载力,还可降低柱的长细比,提高柱子的刚度,对于抗震设防地区,还可以使柱变成有利于抗震的强柱弱梁结构,并且,施工方便,操作性强；在提高同等承载力的基础上,比其他方法少占用空间。

实施例2

参见附图7、8、9。

1.被加固柱现状：多层框架结构，底层圆形截面轴心受压柱，直径d＝500mm，轴力设计值N₀＝3900kN，柱的计算长度为l₀＝6m，柱的长细比l₀/d＝6m/0.5m＝12；混凝土强度等级为C30，纵筋采用HRB400级，箍筋采用HRB335级，并与纵筋焊接，C30混凝土f_c＝14.3N/mm²，HRB335级钢筋f_yv＝300N/mm²，HRB400级钢筋的f_y′＝360N/mm²，圆柱配受压纵筋则受压纵筋面积A_s′＝1884mm²，柱核心截面直径d_cor＝440mm，核心截面面积按混凝土承载力计算公式：

N≤0.9(f_cA_cor+f_y′A_s′+2αf_yvA_sso)       (1)

取N＝N₀得到焊接环式箍筋换算截面面积：

式中，α为系数，取α＝1。

计算得到：A_sso＝2468mm²

2.采用普通植筋扩大断面法加固的柱

柱的直径加固到d＝700mm，在原柱上开孔，植入辐射钢筋的钢筋12根，在辐射钢筋端部焊接环形箍筋，加固用的纵筋用12根混凝土采用C30，箍筋间距s₁＝200mm,此时新柱参数如下：

$A_{\mathrm{cor}}^{\′}=\frac{\mathrm{\π}{\left(d_{\mathrm{cor}}^{\′}\right)}^2}{4}={321536\mathrm{mm}}^2$

d′_cor＝700-2×30＝640mm，，

单根箍筋面积A_ss1＝113.1mm²，新柱焊接环式箍筋换算截面面积：

$A_{\mathrm{sso}}^{\′}=\frac{\mathrm{\π}\×d_{\mathrm{cor}}^{\′}\×A_{\mathrm{ss}1}^{\′}}{s_1}=\frac{3.14\×640\×113.1}{200}=1136.43{\mathrm{mm}}^2$

加固后柱的总受压纵筋面积：

A″_s＝A′_s+A′_s2＝1884mm²+2201.27mm²＝4085.27mm²，

加固后柱的总焊接环式箍筋换算截面面积：

A″_sso＝A_sso+A′_sso A″_sso＝2468mm²+1136.43mm²＝3604.43mm²

所以加固后柱所能承受的总外力为：

N₁＝0.9(f_cA_cor+f_y′A_s′+2αf_yvA″_sso)

＝0.9(14.3×321536+360×4085.27+2×1×300×3604.43)

＝0.9(4597964.8+1470699.2+2162658)

＝0.9×8231320＝7408188(N)

柱的承载能力提高到N₁＝7408.188kN。

3.采用本发明的加固方法加固原柱

钢护筒并植筋加固圆柱，辐射筋箍筋加固纵筋为钢护筒钢板用10mm厚，提供的预应力确保与原柱中箍筋所受拉应力σ₂大小相抵消，即通过调节钢护筒法兰螺栓的力度，调节力F的大小使F施加给原柱的围压力正好与σ₂的大小相抵消。

先求σ₂，对于原柱，根据力的平衡可得：

${\mathrm{\σ}}_2=\frac{f_{\mathrm{yv}}}{2A_{\mathrm{cor}}}{A}_{\mathrm{sso}}---\left(3\right)$

则： ${\mathrm{\σ}}_2=\frac{300\×2468}{2\±152053}=2.44(N/{\mathrm{mm}}^2)$ 即σ₂＝2.44MPa。

钢护筒的应用提供的预应力抵消了原有柱中箍筋的受力，在加固柱再次受力后，原有柱中的箍筋还会进一步承受拉力，相当于又在原柱中增加了一层与原柱相等的箍筋，此时与普通植筋扩大断面加固法相比，本发明加固的柱的总受压纵筋面积为：

A_s″′_＝A_s″+A_s′＝4085.27+1884＝5969.27mm²(此处忽略了钢护筒在抵抗σ₂的余下的强度的作用)，所以，本发明加固后，柱的承载强度是：

N₂＝0.9(f_cA_c′_or+f_y′A_s″+2αf_yvA″_sso)

＝0.9(14.3×321536+360×5969.27+2×1×300×3604.43)

＝0.9(4597964.8+2148937.2+2162658)

＝0.9×8909470＝8018523(N)

而采用普通植筋扩大断面法加固的柱，其承载强度仅仅为N₁＝7408.188kN，和普通加固方法相比，本发明加固的柱承载力绝对值提高了610.335kN，相对值提高了8.24％，即同样的柱断面积，用本发明方法加固的混凝土柱较普通法加固的混凝土柱的承载力有所提高，也就是说，在同样的承载力要求下，用本发明方法加固的混凝土柱其断面积要小于用普通方法加固的混凝土柱的断面。加固后柱的承载力比原柱(没有加固的柱)的承载力提高了承载力是原柱承载力的2倍还要多。

Claims (10)

1.预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，是采用与被加固混凝土柱外形匹配的钢护筒对钢筋混凝土柱施加环向预应力，在钢护筒外表面焊接垂直于所述钢护筒外表面的辐射钢筋，在辐射钢筋自由端焊接环形箍筋，在环形箍筋内侧竖向沿被加固混凝土柱轴向焊接纵筋，最后在环向箍筋外立模板并浇筑混凝土。

2.根据权利要求1所述的预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，包括下述步骤：

第一步：按被加固混凝土柱外形，制备与被加固混凝土柱外形匹配的钢护筒，所述钢护筒至少由两扇构成，且钢护筒的周长比被加固混凝土柱的截面周长小；

第二步：对被加固区域钢筋混凝土柱表面打磨清理后，将步骤一制备的钢护筒紧扣在加固区域的混凝土柱上，通过设于钢护筒侧端部的连接结构牵引两扇钢护筒，实现对被加固区域钢筋混凝土柱施加预压应力；

第三步：在两扇钢护筒外表面焊接辐射钢筋，辐射钢筋垂直于钢护筒外表面，沿辐射钢筋自由端焊接环形箍筋，在环形箍筋内侧竖向沿被加固混凝土柱轴向焊接纵筋；

第四步：在环形箍筋外立模板，浇筑新混凝土。

3.根据权利要求2所述的预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，其特征在于：第二步中，对混凝土柱表面打磨清理是对混凝土柱表面凸出部分进行打磨、蜂窝麻面处进行修补，使被加固区域钢筋混凝土柱表面与钢护筒内表面形状基本一致，满足被加固区域钢筋混凝土柱表面与钢护筒内表面的接触面积大于等于钢护筒内表面面积的95%。

4.根据权利要求2所述的预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，其特征在于：第一步中，钢护筒的横截面形状与被加固混凝土柱相同，钢护筒的横截面形状选自圆形、椭圆形、矩形、正多边形中的一种，钢护筒的周长比被加固混凝土柱的截面周长短0.05-0.15米。

5.根据权利要求2所述的预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，其特征在于：第二步中，设于钢护筒侧端部的连接结构为法兰螺栓螺母连接结构。

6.根据权利要求2所述的预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，其特征在于：第二步中，施加预压应力的大小以平衡原有混凝土柱承受的环向压应力为基准，原有混凝土柱承受的环向压应力根据其受力状态，采用弹性力学方法计算确定。

7.根据权利要求2所述的预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，其特征在于：第三步中，钢护筒外表面高度方向相邻的辐射钢筋，在钢护筒外表面周向错位设置。

8.根据权利要求2所述的预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，其特征在于：第三步中，辐射钢筋长度和数量根据加固后柱的承载目标，计算确定。

9.根据权利要求2所述的预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，其特征在于：第三步中，辐射钢筋及纵筋均采用HRB335变形钢筋，环形箍筋采用HPB300圆钢。

10.根据权利要求2-9任意一项所述的预压应力钢护筒并植筋扩大断面的混凝土柱加固方法，其特征在于：第四步中，当被加固混凝土柱的高度大于等于2米时，在环形箍筋外的模板外表面设置浇筑窗口，相邻浇筑窗口的竖向间距为1-2米。