CN107859355B - 增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架及其实施方法 - Google Patents

增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架及其实施方法 Download PDF

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Abstract

增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架及其实施方法，它涉及土木工程领域。本发明为解决现有普通增大截面加固既有混凝土框架后，在罕遇地震下仍可能出现较大的层间侧移以及震致永久残余变形和结构震致损伤，以及因过大层间侧移和永久残余变形导致的非结构构件损伤,同时考虑加固后对原有使用空间影响的问题。自复位混凝土框架包括扩充框架柱，扩充框架柱固接在既有框架柱的侧面，扩充框架柱和既有框架柱组成自复位框架柱，扩充框架柱的内部沿高度方向设有孔道通孔，孔道通孔内插装有预应力筋，预应力筋锚固在扩充框架柱的上下两端。实施方法：布置钢筋；设置预应力筋；浇筑；张拉预应力筋；开槽灌浆。本发明用于混凝土框架的修筑。

Description

增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架及其实施方法
技术领域
本发明涉及一种用于土木工程领域的自复位混凝土框架及其实施方法，具体涉及增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架及其实施方法。
背景技术
目前，既有建筑面临着建筑功能高性能化，以及既有建筑因长期使用结构老化等问题，若考虑到经济性和社会影响等不能拆除重建，需对既有建筑进行合理加固。对于目前量大面广使用的混凝土框架结构，可采用增大混凝土截面的加固措施，以增加结构的整体刚度，改变构件的刚度比值，改善结构抗震能力。然而，这种加大截面后仍以保障结构罕遇地震下不倒塌以保障安全为目标的震后加固措施，仍面临着依据设防烈度确定的罕遇地震下或超越罕遇地震下加固后结构的最大层间侧移过大，尤其是震致永久变形过大，难以满足保障结构安全和低震损或无震损相结合的性能设计要求，难以减少或避免地震造成过大非结构构件损伤或破坏造成严重人员和经济损失的问题。同时对于既有建筑的增大截面加固,还需要综合考虑建筑结构的使用功能,避免在构件加固后对原有建筑使用空间的影响。
发明内容
本发明为了解决现有普通增大截面加固既有混凝土框架后，在罕遇地震下仍可能出现较大的层间侧移以及震致永久残余变形和结构震致损伤，以及因过大层间侧移和永久残余变形导致的非结构构件损伤，同时考虑构件加固后对原有建筑使用空间影响的问题，进而提出增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架及其实施方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架，它包括既有框架，既有框架包括既有框架柱、既有框架梁和既有梁柱节点，既有框架柱沿竖直方向固接在基准面的上端，既有框架梁沿水平方向设置在既有框架柱的上端，既有框架柱与既有框架梁通过既有梁柱节点固接，所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架还包括扩充框架柱，扩充框架柱固接在既有框架柱的侧面，扩充框架柱和既有框架柱组成自复位框架柱，扩充框架柱的内部沿高度方向设有孔道通孔，孔道通孔内插装有预应力筋，预应力筋锚固在扩充框架柱的上下两端。
增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架的实施方法包括如下步骤：
步骤一：布置钢筋：在既有框架柱的侧面设置销键筋、纵筋和箍筋，销键筋、纵筋和箍筋均设置在扩充框架柱所在的区域内；
步骤二：设置预应力筋：沿既有框架柱的高度方向设置孔道通孔，在孔道通孔内设置预应力筋，预应力筋的下端通过下锚具锚固在扩充框架柱的下端且设置在扩充框架柱与基准面的交界面以下，扩充框架柱的上端且在扩充框架柱与既有框架梁的交界面以上设置上锚具；
步骤三：浇筑：在既有框架柱的侧面设置钢模，钢模内的形状即为自复位框架柱的形状，从钢模的上端浇灌混凝土，完成对扩充框架柱的浇筑，并养护至设计强度；
步骤四：张拉预应力筋：通过旋紧上锚具，对预应力筋进行张拉，通过上锚具将预应力筋的上端锚固在扩充框架柱的上端且设置在扩充框架柱与既有框架梁的交界面以上；
步骤五：开槽灌浆：在自复位框架柱的下端与基准面的交界处沿四周方向切割开槽，然后在开槽内灌装纤维水泥浆。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
一、本发明通过增大截面加固框架柱，使加固后的既有框架在设防地震下保持弹性。在罕遇地震下通过沿底层柱高通长布置的无粘结高强预应力筋和框架柱所承担的重力荷载代表值是结构具备复位能力，有效避免了常规加固结构仍存在的震后永久残余变形，通过布置在框架柱柱底的槽口张合集中变形实现结构的非弹性过程，避免了地震后常规加固结构仍存在的因关键部位的集中变形导致的局部明显损伤，从而可实现罕遇地震下加固结构的低震损甚至无震损，延长了使用寿命。
二、采用本发明在加固造价基本持平的条件下，明显降低了设计地震要求的加固结构的震后维护和修复造价，维护和修复成本可降低80％以上，避免了非结构构件的震致损伤，避免了室内设施因结构构件损伤造成的二次损失，从而有效降低了设计地震动要求的加固结构的震致损伤，同时针对建筑结构的各类使用功能，为满足加固后对于结构使用空间的不同要求可采用本专利中的不同加固实施方法，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是既有混凝土框架的结构示意图，
图3是本发明中在内侧增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土柱时自复位框架柱6的水平截面视图；
图4是本发明中在外侧增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土柱时自复位框架柱6的水平截面视图；
图5是本发明中沿框架平面内对边增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土柱时自复位框架柱6的水平截面视图；
图6是本发明中沿框架平面外对边增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土柱时自复位框架柱6的水平截面视图；
图7是本发明中孔道通孔5-1的结构示意图；
图8是本发明中自复位框架柱6的下端与基准面7的交界处沿圆周方向的开槽6-1结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图8说明本实施方式，增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架，它包括既有框架1，既有框架1包括既有框架柱2、既有框架梁3和既有梁柱节点4，既有框架柱2沿竖直方向固接在基准面7的上端，既有框架梁3沿水平方向设置在既有框架柱2的上端，既有框架柱2与既有框架梁3通过既有梁柱节点4固接，本实施方式所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架还包括扩充框架柱5，扩充框架柱5固接在既有框架柱2的侧面，扩充框架柱5和既有框架柱2组成自复位框架柱6，扩充框架柱5的内部沿高度方向设有孔道通孔5-1，孔道通孔5-1内插装有预应力筋5-2，预应力筋5-2锚固在扩充框架柱5的上下两端。
增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土框架的自复位工作原理：
通过将既有框架1的既有框架柱2增大截面，并结合增大截面使既有框架柱2的截面形心轴附近或沿截面形心轴通长对称布置并张拉与新增截面混凝土无粘结的高强预应力筋5-2，使框架结构具备了自复位能力。设防基本烈度的地震水平下，柱的新增截面(即扩充框架柱5)与既有截面(即既有框架柱2)一起协同工作，与基准面7交界面沿截面周边设置的开槽6-1与基准面7保持为整体，即设防地震水平下作为加固柱控制截面的柱底基本保持弹性，使设防地震水平下加固框架结构的最大侧移主要由弹性变形提供，且不出现以底层柱底残余转角或柱顶残余侧移为标志的永久变形。在罕遇地震或超罕遇地震水平下，柱的新增截面与既有截面仍协同工作，但其与基准面7交界面沿截面周边设置的开槽6-1区域与基础间逐步分离，并随着地震动持续增大，自复位柱仅在发生柱趾张合的集中非线性变形，而自复位框架柱6的其余部分保持或基本保持弹性，无粘结的高强预应力筋5-2的有效预加力与框架柱承担重力荷载代表值合力相对于柱脚产生恢复作用，从而使增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土框架具备在地震事件结束后恢复到地震前位置的能力，即自复位能力。
本实施方式中孔道通孔5-1沿扩充框架柱5的高度方向通长设置，预应力筋5-2为高强度预应力筋。
具体实施方式二：结合图7说明本实施方式，本实施方式预应力筋5-2的下端通过下锚具5-3锚固在扩充框架柱5的下端且设置在扩充框架柱5与基准面7的交界面以下，预应力筋5-2的上端通过上锚具5-4锚固在扩充框架柱5的上端且设置在扩充框架柱5与既有框架梁3的交界面以上。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
如此设计实现对预应力筋5-2的锚固。
具体实施方式三：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述扩充框架柱5的内部沿宽度方向均布设有多个纵筋5-6，每个纵筋5-6均沿高度方向设置。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二相同。
如此设计增大扩充框架柱5的强度。
具体实施方式四：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述扩充框架柱5的内部沿宽度方向对称设有多个销键筋5-5，每个销键筋5-5均沿高度方向设置。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
如此设计增大扩充框架柱5的强度。
具体实施方式五：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述销键筋5-5横截面的形状为“L”形，销键筋5-5长边的一侧垂直插装在既有框架柱2内。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
如此设计增大扩充框架柱5的强度和与既有框架柱2之间的稳定性。
具体实施方式六：结合图1至图6和图8说明本实施方式，本实施方式所述扩充框架柱5的内部沿高度方向均布设有多个箍筋5-7，每个箍筋5-7均沿圆周方向水平设置。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一、二、四或五相同。
如此设计增大扩充框架柱5的强度。
具体实施方式七：结合图1、图7和图8说明本实施方式，本实施方式自复位框架柱6的下端与基准面7的交界处沿圆周方向设有开槽6-1，开槽6-1内灌装有纤维水泥浆6-2。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架的实施方法包括如下步骤：
步骤一：布置钢筋：在既有框架柱2的侧面设置销键筋5-5、纵筋5-6和箍筋5-7，销键筋5-5、纵筋5-6和箍筋5-7均设置在扩充框架柱5所在的区域内；
步骤二：设置预应力筋5-2：沿既有框架柱2的高度方向设置孔道通孔5-1，在孔道通孔5-1内设置预应力筋5-2，预应力筋5-2的下端通过下锚具5-3锚固在扩充框架柱5的下端且设置在扩充框架柱5与基准面7的交界面以下，扩充框架柱5的上端且在扩充框架柱5与既有框架梁3的交界面以上设置上锚具5-4；
步骤三：浇筑：在既有框架柱2的侧面设置钢模，钢模内的形状即为自复位框架柱6的形状，从钢模的上端浇灌混凝土，完成对扩充框架柱5的浇筑，并养护至设计强度；
步骤四：张拉预应力筋5-2：通过旋紧上锚具5-4，对预应力筋5-2进行张拉，通过上锚具5-4将预应力筋5-2的上端锚固在扩充框架柱5的上端且设置在扩充框架柱5与既有框架梁3的交界面以上；
步骤五：开槽灌浆：在自复位框架柱6的下端与基准面7的交界处沿四周方向切割开槽6-1，然后在开槽6-1内灌装纤维水泥浆6-2。
具体实施方式九：结合图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述步骤五中待扩充框架柱5的混凝土达到设计强度等级以后，再进行切割开槽6-1。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式八相同。
实施例一：结合图1、图3，说明本实施方式内侧增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土柱，即扩充框架柱5设置在既有框架2的内侧面。它由在既有框架柱2的内侧设置扩充框架柱5，包括沿扩充框架柱5高度方向通长布置的孔道通孔5-1，孔道通孔5-1内布置的高强预应力筋5-2，扩充框架柱5还包括保证与既有框架柱协2同工作沿柱高布置的销键筋5-5、纵筋5-6和箍筋5-7。
实施例二：结合图1、图4，说明本实施方式外侧增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土柱，即扩充框架柱5设置在既有框架2的外侧面。它由在既有框架柱2的外侧设置扩充框架柱5，包括沿扩充框架柱5高度方向通长布置的孔道通孔5-1，孔道通孔5-1内布置的高强预应力筋5-2，扩充框架柱5还包括保证与既有框架柱协2同工作沿柱高布置的销键筋5-5、纵筋5-6和箍筋5-7。
实施例三：结合图1、图5，说明本实施方式沿框架平面内对边增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土柱，即扩充框架柱5设置在既有框架2的平面内对边。它由既有框架柱2沿框架平面内对边设置扩充框架柱5，包括沿扩充框架柱5高度方向通长布置的孔道通孔5-1，孔道通孔5-1内布置的高强预应力筋5-2，扩充框架柱5还包括保证与既有框架柱协2同工作沿柱高布置的销键筋5-5、纵筋5-6和箍筋5-7。
实施例四：结合图1、图6，说明本实施方式沿框架平面外对边增大截面加固既有混凝土柱的自复位混凝土柱，即扩充框架柱5设置在既有框架2的平面外对边。它由在既有框架柱2沿框架平面外对边设置扩充框架柱5，包括沿扩充框架柱5高度方向通长布置的孔道通孔5-1，孔道通孔5-1内布置的高强预应力筋5-2，扩充框架柱5还包括保证与既有框架柱协2同工作沿柱高布置的销键筋5-5、纵筋5-6和箍筋5-7。

Claims (8)

1.增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架，它包括既有框架(1)，既有框架(1)包括既有框架柱(2)、既有框架梁(3)和既有梁柱节点(4)，既有框架柱(2)沿竖直方向固接在基准面(7)的上端，既有框架梁(3)沿水平方向设置在既有框架柱(2)的上端，既有框架柱(2)与既有框架梁(3)通过既有梁柱节点(4)固接，其特征在于：所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架还包括扩充框架柱(5)，扩充框架柱(5)固接在既有框架柱(2)的侧面，扩充框架柱(5)和既有框架柱(2)组成自复位框架柱(6)，扩充框架柱(5)的内部沿高度方向设有孔道通孔(5-1)，孔道通孔(5-1)内插装有预应力筋(5-2)，预应力筋(5-2)锚固在扩充框架柱(5)的上下两端，自复位框架柱(6)的下端与基准面(7)的交界处沿圆周方向设有开槽(6-1)，开槽(6-1)内灌装有纤维水泥浆(6-2)。
2.根据权利要求1所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架，其特征在于：预应力筋(5-2)的下端通过下锚具(5-3)锚固在扩充框架柱(5)的下端且设置在扩充框架柱(5)与基准面(7)的交界面以下，预应力筋(5-2)的上端通过上锚具(5-4)锚固在扩充框架柱(5)的上端且设置在扩充框架柱(5)与既有框架梁(3)的交界面以上。
3.根据权利要求1或2所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架，其特征在于：所述扩充框架柱(5)的内部沿宽度方向均布设有多个纵筋(5-6)，每个纵筋(5-6)均沿高度方向设置。
4.根据权利要求3所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架，其特征在于：所述扩充框架柱(5)的内部沿宽度方向对称设有多个销键筋(5-5)，每个销键筋(5-5)均沿高度方向设置。
5.根据权利要求4所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架，其特征在于：所述销键筋(5-5)横截面的形状为“L”形，销键筋(5-5)长边的一侧垂直插装在既有框架柱(2)内。
6.根据权利要求1、2、4或5所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架，其特征在于：所述扩充框架柱(5)的内部沿高度方向均布设有多个箍筋(5-7)，每个箍筋(5-7)均沿圆周方向水平设置。
7.增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架的实施方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤一：布置钢筋：在既有框架柱(2)的侧面设置销键筋(5-5)、纵筋(5-6)和箍筋(5-7)，销键筋(5-5)、纵筋(5-6)和箍筋(5-7)均设置在扩充框架柱(5)所在的区域内；
步骤二：设置预应力筋(5-2)：沿既有框架柱(2)的高度方向设置孔道通孔(5-1)，在孔道通孔(5-1)内设置预应力筋(5-2)，预应力筋(5-2)的下端通过下锚具(5-3)锚固在扩充框架柱(5)的下端且设置在扩充框架柱(5)与基准面(7)的交界面以下，扩充框架柱(5)的上端且在扩充框架柱(5)与既有框架梁(3)的交界面以上设置上锚具(5-4)；
步骤三：浇筑：在既有框架柱(2)的侧面设置钢模，钢模内的形状即为自复位框架柱(6)的形状，从钢模的上端浇灌混凝土，完成对扩充框架柱(5)的浇筑，并养护至设计强度；
步骤四：张拉预应力筋(5-2)：通过旋紧上锚具(5-4)，对预应力筋(5-2)进行张拉，通过上锚具(5-4)将预应力筋(5-2)的上端锚固在扩充框架柱(5)的上端且设置在扩充框架柱(5)与既有框架梁(3)的交界面以上；
步骤五：开槽灌浆：在自复位框架柱(6)的下端与基准面(7)的交界处沿四周方向切割开槽(6-1)，然后在开槽(6-1)内灌装纤维水泥浆(6-2)。
8.根据权利要求7所述增大截面加固既有柱的自复位混凝土框架的实施方法，其特征在于：所述步骤五中待扩充框架柱(5)的混凝土达到设计强度等级以后，再进行切割开槽(6-1)。
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