CN107965154A - 增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架及施工方法 - Google Patents

Abstract

增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架及施工方法，它涉及一种用于土木工程领域的自复位混凝土框架及施工方法，以解决普通增大截面加固震损框架后，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的问题，它主要由自复位框架柱及框架梁组成，自复位框架柱主要由震损修复的框架柱及与其连接为一体的加固柱组成，加固柱由布置在混凝土内与框架柱固接的销键筋、与销键筋间隔布置的箍筋、与箍筋连接的纵筋以及锚固在地基与框架梁之间的预应力筋组成。施工主要步骤：一、构建加固区，二、布置预应力筋，三、成形自复位框架柱，四、柱下端开槽并加压灌入纤维水泥浆。

Description

增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架及施工方法

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施工方法，具体涉及一种可实现罕遇地震下低震损或无震损的增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架及其实施方法。

背景技术

量大面广应用的普通混凝土框架在强震后出现的不同程度震损，需结合损伤程度采取相应的加固技术措施，其中增大截面加固的震致损伤框架柱、框架梁及相应节点是常用的加固措施。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。

发明内容

本发明是为解决普通增大截面加固震损框架后，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的问题，进而提供的一种增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架及施工方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的

本发明提供的增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架主要由自复位框架柱及框架梁组成，自复位框架柱主要由震损修复的框架柱及与其连接为一体的加固柱组成，加固柱主要由布置在混凝土内与框架柱固接的销键筋、与销键筋间隔布置的箍筋、与箍筋连接的纵筋以及锚固在地基与框架梁之间的无粘结预应力筋组成，无粘结预应力筋布置在箍筋内。

本发明还提供一种增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架的施工方法，具体为：

一、将震损的框架梁、框架柱或梁柱节点的震损区域剔除破损区的混凝土、并扶直屈曲纵筋、修复或替换震损箍筋，形成修复后的框架柱和框架梁；

二、沿框架柱高度方向布置与修复后的框架柱协同工作的销键筋，并布置加固区的纵筋和箍筋；

三、沿框架柱高度方向通长布置孔道，孔道内布置无粘结预应力筋，预应力筋下端通过锚固在地基面，并在加固区与框架梁交界面以上布置锚具；

四、向加固区浇筑混凝土，并自然养护至混凝土设计强度的80％，形成加固柱，框架柱和加固柱形成的自复位框架柱；

五、对预应力筋进行张拉，并锚固在加固柱与框架梁交界面以上布置的锚具上；

六、在加固柱的混凝土达到设计强度等级后在自复位框架柱的下端与地基交界面位置沿柱周边开槽，向开槽内加压灌入纤维水泥浆，纤维水泥浆层的强度与墙体混凝土强度匹配，其抗压强度应略高于墙体混凝土，并自然养护至纤维水泥浆的设计强度，至此，增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架施工完成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明通过增大截面加固框架柱，使加固后的震损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度预应力筋和框架柱所承担的重力荷载代表值使结构具备复位能力，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。

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，能够降低震后维护和修复造价50-70％，同时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，具有节约建筑材料、保证人员及设备安全等显著的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是现有震损混凝土框架结构示意图；

图2是图1的震损梁端、震损节点、震损柱端局部放大图；

图3是本发明的增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架结构示意图；

图4是震损后在框架柱内侧面增大截面加固震损柱的自复位框架柱的剖面图；

图5是震损后在框架柱外侧面增大截面加固震损柱的自复位框架柱的剖面图；

图6是震损后在框架柱内外侧面同时增大截面加固震损柱的自复位框架柱的剖面图；

图7是震损后在框架柱两外侧面同时增大截面加固震损柱的自复位框架柱的剖面图；

图8是震损后在框架柱周侧面同时增大截面加固震损柱的自复位框架柱的剖面图；

图9是沿柱高通长设置孔道布置预应力筋的示意图；

图10是柱与地基交界面位置沿柱周边开槽及加压灌入纤维水泥浆的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明。

参见图3-图8说明，增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架主要由自复位框架柱6及框架梁3组成，自复位框架柱6主要由震损修复的框架柱2及与其连接为一体的加固柱5组成，加固柱5主要由布置在混凝土内与框架柱2固接的销键筋5-5、与销键筋5-5间隔布置的箍筋5-7、与箍筋5-7连接的纵筋5-6以及锚固在地基与框架梁3之间的无粘结预应力筋5-2组成，无粘结预应力筋5-2布置在箍筋5-7内。

本实施方式的震损混凝土框架的框架梁3、框架柱2或梁柱节点4的震损区域剔除破损区，置换混凝土、扶直屈曲纵筋、修复或替换箍筋后，与增大截面后的加固柱5，以及增大截面后形成的新的梁柱节点一起组成了增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架。

参见图4-图8说明，根据震损后混凝土框架结构变化，可以采用不同种增大截面方式实现加固震损柱，具体为：加固柱5加固在框架柱2的内侧面。或加固在框架柱2的外侧面。或加固在框架柱2上相对的内外侧面。或加固在框架柱2上相对的两外侧面。或加固在框架柱2的周侧面。每种加固方式中，都设置有沿框架柱2高度方向通长布置的孔道5-1，孔道5-1内布置的高强预应力筋5-2，还设置有保证与震损混凝土柱协同工作沿柱高布置的销键筋5-5，纵筋5-6和箍筋5-7。高强度的预应力筋5-2下端通过锚具5-3锚固在框架柱5下端与地基1交界面以下，在对高强的预应力筋5-2张拉后，通过上端的锚具5-3锚固在框架柱5上端与框架梁3交界面以上。布置在框架柱2单侧面的销键筋5-5可双排布置，箍筋5-7环式布置，箍筋5-7可与多个纵筋5-6固接，纵筋5-6沿柱的高度方向穿设布置，箍筋5-7与纵筋5-6可采用绑扎方式固接或焊接。

参见图3-图10说明，增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架的施工方法，该方法如下：

一、将震损的框架梁、框架柱或梁柱节点4的震损区域剔除破损区的混凝土、并扶直屈曲纵筋、修复或替换震损箍筋，形成修复后的框架柱2和框架梁3；

二、沿框架柱2高度方向布置与修复后的框架柱2协同工作的销键筋5-5，并布置加固区的纵筋5-6和箍筋5-7；

三、沿框架柱2高度方向通长布置孔道5-1，孔道5-1内布置预应力筋5-2，预应力筋5-2下端通过锚固在地基面，并在加固区与框架梁3交界面以上布置锚具；

四、向加固区浇筑混凝土，并自然养护至混凝土设计强度的80％，形成加固柱5，框架柱2和加固柱5形成的自复位框架柱6；

五、对预应力筋5-2进行张拉，并锚固在加固柱5与框架梁3交界面以上布置的锚具上；

六、在加固柱5的混凝土达到设计强度后在自复位框架柱6的下端与地基交界面位置沿柱周边开槽6-1，向开槽6-1内加压灌入纤维水泥浆6-2，纤维水泥浆层的强度与墙体混凝土强度匹配，其抗压强度应略高于墙体混凝土，并自然养护至纤维水泥浆的设计强度，至此，增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架施工完成。

本实施例中采用纤维水泥浆可补偿收缩，防止开裂，起一定的抗拉作用。自复位框架柱6的下端与地基1交界面位置沿柱周边开槽6-1是指加固柱5与框架柱2的下端与地基1交界面沿柱周边均开槽。

上述施工方法的步骤三中预应力筋5-2下端通过锚具5-3锚固在框架柱5下端与地基1交界面以下。如此设置，可以在预应力筋的张拉过程中始终对预应力筋保持锚固状态，提高抗拉作用。上述施工方法中为适应不同工况下加固震损柱，在施工式可采用如下几种方式加固，如图4-图8所示，形成加固柱5的加固区布置在框架柱2的内侧面或框架柱2的外侧面或框架柱2上相对的内外侧面或框架柱2上相对的两外侧面或框架柱2的周侧面。如此设置，在罕遇地震下通过沿底层柱高通长布置的无粘结高强度预应力筋和框架柱所承担的重力荷载代表值使结构具备复位能力，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。

加大截面加固震损柱的自复位混凝土框架的自复位工作原理：

通过将震损框架的框架柱增大截面，并结合增大截面使框架柱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，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，柱的新增截面与既有截面一起协同工作，与基础交界面沿截面周边设置的开槽区与基础保持为整体，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，但其与基础交界面沿截面周边设置的开槽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，而自复位柱的其余部分保持或基本保持弹性，无粘结的高强预应力筋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震损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。

本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (9)

1.增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架，其特征在于：它主要由自复位框架柱(6)及框架梁(3)组成，自复位框架柱(6)主要由震损修复的框架柱(2)及与其连接为一体的加固柱(5)组成，加固柱(5)主要由布置在混凝土内与框架柱(2)固接的销键筋(5-5)、与销键筋(5-5)间隔布置的箍筋(5-7)、与箍筋(5-7)连接的纵筋(5-6)以及锚固在地基与框架梁(3)之间的无粘结预应力筋(5-2)组成，无粘结预应力筋(5-2)布置在箍筋(5-7)内。

2.根据权利要求1所述增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架，其特征在于：加固柱(5)加固在框架柱(2)的内侧面。

3.根据权利要求1所述增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架，其特征在于：加固柱(5)加固在框架柱(2)的外侧面。

4.根据权利要求1所述增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架，其特征在于：加固柱(5)加固在框架柱(2)上相对的内外侧面。

5.根据权利要求1所述增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架，其特征在于：加固柱加固在框架柱(2)上相对的两外侧面。

6.根据权利要求1所述增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架，其特征在于：加固柱(5)加固在框架柱(2)的周侧面。

7.增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架的施工方法，其特征在于：该施工方法如下：

一、将震损的框架梁、框架柱或梁柱节点(4)的震损区域剔除破损区的混凝土、并扶直屈曲纵筋、修复或替换震损箍筋，形成修复后的框架柱(2)和框架梁(3)；

二、沿框架柱(2)高度方向布置与修复后的框架柱(2)协同工作的销键筋(5-5)，并布置加固区的纵筋(5-6)和箍筋(5-7)；

三、沿框架柱(2)高度方向通长布置孔道(5-1)，孔道(5-1)内布置预应力筋(5-2)，预应力筋(5-2)下端通过锚固在地基面，并在加固区与框架梁(3)交界面以上布置锚具(5-3)；

四、向加固区浇筑混凝土，并自然养护至混凝土设计强度的80％，形成加固柱(5)，框架柱(2)和加固柱(5)形成的自复位框架柱(6)；

五、对预应力筋(5-2)进行张拉，并锚固在加固柱(5)与框架梁(3)交界面以上布置的锚具(5-3)上；

六、在加固柱(5)的混凝土达到设计强度等级后在自复位框架柱(6)的下端与地基(1)交界面位置沿柱周边开槽(6-1)，向开槽(6-1)内加压灌入纤维水泥浆(6-2)，纤维水泥浆层的强度与墙体混凝土强度匹配，其抗压强度应略高于墙体混凝土，并自然养护至纤维水泥浆的设计强度，至此，增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架施工完成。

8.根据权利要求7所述增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架的施工方法，其特征在于：步骤三中预应力筋(5-2)下端通过锚具(5-3)锚固在框架柱(5)下端与地基(1)交界面以下。

9.根据权利要求8所述增大截面加固震损柱的自复位混凝土框架的施工方法，其特征在于：形成加固柱(5)的加固区布置在框架柱(2)的内侧面或框架柱(2)的外侧面或框架柱(2)上相对的内外侧面或框架柱(2)上相对的两外侧面或框架柱(2)的周侧面。