CN109629847A - 一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固结构及方法，主要包括钢筋混凝土柱的预加载，钢板起拱，钢板展平三个阶段。首先将矩形混凝土柱预加载。其次在柱顶和柱脚处各设置一对角钢，并在柱的中间位置两侧各搁置一根钢筋，位于混凝土和钢板之间，再将两块矩形钢板通过不锈钢螺栓固定于混凝土柱两侧，从而使钢板起拱。最后通过沿着柱长对称布置螺栓，同时按一定次序拧紧螺栓，逐渐将钢板展平，使钢板和钢筋混凝土柱形成有效的组合体而共同受力。本发明可以有效解决既有矩形混凝土柱的加固中存在的受荷钢筋混凝土柱中混凝土和钢板之间的应力滞后问题，同时也增强了混凝土柱角部的加固。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，具体涉及一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固结构及方法。
背景技术
近几十年来，既有建筑、桥梁以及大量的基础设施往往由于服役环境恶劣，年久失修，造成了较大的经济损失。由于既有混凝土结构中柱子是主要的竖向承重构件，因此自上世纪末，国内外大量的研究人员开展了采用钢板对钢筋混凝土柱进行加固的试验和理论研究，而且已经有了相对成熟的加固技术手段。然而对钢板加固混凝土柱的研究往往集中在钢板加固后钢筋混凝土柱的力学性能，较少考察受荷钢筋混凝土柱的加固效果。同时采用碳纤维复合材料难以有效地增强矩形截面钢筋混凝土柱的角部。另外在受荷钢筋混凝土柱中，混凝土和钢板之间存在应力滞后效应，造成加固效率低，加固效果不明显等问题，这在以往的研究中鲜有报道。因此，这一些列技术难题为钢板加固矩形截面钢筋混凝土柱在结构加固领域大范围推广应用设置了极大的阻碍。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种施工便捷、质量稳定，加固效果好的矩形截面钢筋混凝土柱的加固结构及方法，适用于既有建筑、桥梁中矩形截面钢筋混凝土柱(墩)的加固。
本发明采用的技术方案为：一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固结构，包括光圆钢筋、钢筋混凝土柱(或桥墩)、钢板、角钢、螺栓和喷射石膏；
所述钢筋混凝土柱的柱顶和柱脚处各设置一对角钢，采用喷射石膏将所述柱顶和柱脚处角钢和钢筋混凝土柱之间的空隙填充；
所述钢筋混凝土柱的中间位置两侧各搁置一根光圆钢筋，将两块钢板通过螺栓固定于钢筋混凝土柱两侧，所述光圆钢筋位于钢筋混凝土柱和钢板之间。
作为优选，所述的钢板采用低碳钢作为制造材料。
作为优选，所述的钢筋混凝土柱截面形式为矩形。
作为优选，所述的螺栓采用不锈钢锚固螺栓。
作为优选，所述的喷射石膏材料的质量配合比为石膏：硫酸钾：水＝37.5:1:15。
一种采用上述加固结构的矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的方法，包括以下步骤：
1)首先对矩形截面钢筋混凝土柱预加载，既有受力钢筋混凝土柱无需预加载，钢筋混凝土柱在加固前应保持受荷状态；
2)其次在钢筋混凝土柱的柱顶和柱脚处各设置一对角钢，在钢筋混凝土柱的中间位置两侧各搁置一根光圆钢筋，位于钢筋混凝土柱和钢板之间，将两块钢板通过螺栓固定于混凝土柱两侧；所述的螺栓应保证在柱顶、柱中和柱脚左右对称布置，其余螺栓应左右、上下对称布置；
3)由于钢筋混凝土柱中间钢筋的约束，使钢板起拱，采用喷射石膏将柱顶和柱脚处角钢和钢筋混凝土柱之间的空隙填充；
4)最后将钢筋取出，在钢筋混凝土柱的中间位置埋入螺栓并拧紧，此时钢板呈现高阶屈曲模式，再将除柱子中间、柱脚和柱顶之外的螺栓依次对称拧紧，从而使钢板展平，然后将各个螺栓拧松少许，再次拧紧各个螺栓，从而使得钢筋混凝土柱中的一部分应力转移到钢板中，使得钢筋混凝土柱得到加固。
作为优选，所有螺栓沿着柱长方向为偶数排布置。
作为优选，所述的钢板应对称加固于矩形钢筋混凝土柱的面积较大的两侧，也可以采用四片钢板对所有四个侧面进行加固。
作为优选，所述的光圆钢筋的直径可根据所需的起拱弧度要求而选取，但不宜过大，防止钢筋混凝土柱在加固后处于受拉状态。
本发明采用弧形(起拱后)钢板对受荷矩形截面钢筋混凝土柱进行轴心受压加固，该加固方法简易可靠，加固效率好，有效地缓解了传统既有钢筋混凝土柱加固中存在的钢板和混凝土柱之间应力滞后现象，同时也解决了矩形截面钢筋混凝土柱角部难以有效加固的问题。施工效率高，可对现场方形钢筋混凝土柱进行快速修复加固，大幅提高柱子的承载力，延长既有建筑结构、桥梁结构以及基础设施的使用寿命，具有较大的经济效益和社会效益。
本发明的有益效果：1、钢板可以预制，加固效率高，质量稳定；
2、相比碳纤维复合材料等材料，钢材价格低廉，经济性好；
3、柱顶和柱脚设有角钢，可以有效地加固柱角薄弱区域；
4、该加固方法可以减轻由于既有(预加)荷载而产生的混凝土和钢板之间的应力滞后现象，提高钢板的加固效率；
5、通过增加钢筋的直径来提高钢板的起拱弧度，从而提高加固后混凝土柱的承载力；
6、通过增加钢板的厚度，从而提高加固后混凝土柱的承载力和延性。
附图说明
图1a为本发明矩形截面钢筋混凝土柱钢板加固示意图；
图1b是图1a的侧视图；
图2为本发明钢筋混凝土柱加固螺栓布置示意图；
图3为本发明的钢板起拱方法；
图4为本发明的钢板展平措施示意图；
图5为本发明的钢板展平后的示意图；
图6为本发明的拧松螺栓后的示意图；
图7为本发明的再次紧固螺栓后的钢板展平示意图；
图8a为本发明矩形截面钢筋混凝土桥墩钢板加固示意图；
图8b是图8a的侧视图；
图9为本发明钢筋混凝土桥墩加固螺栓布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1：
一种用于民用建筑矩形截面钢筋混凝土柱的加固方法。将两根光圆钢筋1对称搁置于矩形截面受荷钢筋混凝土柱2中间，沿着柱长将两片矩形钢板3贴合在在矩形钢筋混凝土柱2的两个侧面，并在柱顶和柱脚处各放置一对角钢4，采用双排不锈钢锚固螺栓5(图2)将钢板3在柱顶和柱脚处紧固，使钢板起拱(图3)。采用喷射石膏6将柱顶和柱脚处角钢4和混凝土之间的空隙填充。最后将光圆钢筋1取出，在柱的中间位置埋入不锈钢锚固螺栓5并拧紧，此时钢板呈现高阶屈曲模式(图4)，再将除柱子中间、柱脚和柱顶之外的螺栓5依次对称拧紧，从而使钢板3展平(图5)，然后将各个螺栓5拧松少许(图6)，再次拧紧各个螺栓5，从而使得钢筋混凝土柱2中的一部分应力转移到钢板3中，使得矩形截面钢筋混凝土柱2得到有效的加固(图7)。所述的喷射石膏6材料的质量配合比为石膏：硫酸钾：水＝37.5:1:15。所述的钢板3采用低碳钢作为制造材料。
实施例2：
如图8所示，一种用于大型桥梁矩形截面钢筋混凝土桥墩的加固方法。将两根光圆钢筋1对称搁置于矩形截面受荷钢筋混凝土柱2(桥墩)中间，沿着柱长将两片矩形钢板3贴合在在矩形钢筋混凝土柱2的两个侧边，并在柱顶和柱脚处各放置一对角钢4，采用四排不锈钢锚固螺栓5(图9)将钢板3在柱顶和柱脚处紧固，使钢板起拱(图3)。采用喷射石膏6将柱顶和柱脚处角钢4和混凝土之间的空隙填充。最后将光圆钢筋1取出，在柱的中间位置埋入不锈钢锚固螺栓5并拧紧，此时钢板呈现高阶屈曲模式(图4)，再将除柱子中间、柱脚和柱顶之外的螺栓5依次对称拧紧，从而使钢板3展平(图5)，然后将各个螺栓5拧松少许(图6)，再次拧紧各个螺栓5，使得矩形截面钢筋混凝土柱2得到有效的加固(图7)。所述的喷射石膏6材料的质量配合比为石膏：硫酸钾：水＝37.5:1:15。所述的钢板3采用低碳钢作为制造材料。
以上结合附图对本发明专利的实施方式做出详细说明，但本发明专利不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明专利的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明专利的保护范围内。
Claims (9)
1.一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固结构，其特征在于：包括光圆钢筋、钢筋混凝土柱、钢板、角钢、螺栓和喷射石膏；
所述钢筋混凝土柱的柱顶和柱脚处各设置一对角钢，采用喷射石膏将所述柱顶和柱脚处角钢和钢筋混凝土柱之间的空隙填充；
所述钢筋混凝土柱的中间位置两侧各搁置一根光圆钢筋，将两块钢板通过螺栓固定于钢筋混凝土柱两侧，所述光圆钢筋位于钢筋混凝土柱和钢板之间。
2.根据权利要求1所述的一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固结构，其特征在于：所述的钢板采用低碳钢作为制造材料。
3.根据权利要求1所述的一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固结构，其特征在于：所述的钢筋混凝土柱截面形式为矩形。
4.根据权利要求1所述的一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固结构，其特征在于：所述的螺栓采用不锈钢锚固螺栓。
5.根据权利要求1所述的一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固结构，其特征在于：所述的喷射石膏材料的质量配合比为石膏：硫酸钾：水＝37.5:1:15。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种采用上述加固结构的矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)首先对矩形截面钢筋混凝土柱预加载，既有受力钢筋混凝土柱无需预加载，钢筋混凝土柱在加固前应保持受荷状态；
2)其次在钢筋混凝土柱的柱顶和柱脚处各设置一对角钢，在钢筋混凝土柱的中间位置两侧各搁置一根光圆钢筋，位于钢筋混凝土柱和钢板之间，将两块钢板通过螺栓固定于混凝土柱两侧；所述的螺栓应保证在柱顶、柱中和柱脚左右对称布置，其余螺栓应左右、上下对称布置；
3)由于钢筋混凝土柱中间钢筋的约束，使钢板起拱，采用喷射石膏将柱顶和柱脚处角钢和钢筋混凝土柱之间的空隙填充；
4)最后将钢筋取出，在钢筋混凝土柱的中间位置埋入螺栓并拧紧，此时钢板呈现高阶屈曲模式，再将除柱子中间、柱脚和柱顶之外的螺栓依次对称拧紧，从而使钢板展平，然后将各个螺栓拧松少许，再次拧紧各个螺栓，从而使得钢筋混凝土柱中的一部分应力转移到钢板中，使得钢筋混凝土柱得到加固。
7.根据权利要求6所述的一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固方法，其特征在于：所有螺栓沿着柱长方向为偶数排布置。
8.根据权利要求6所述的一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固方法，其特征在于：所述的钢板应对称加固于矩形钢筋混凝土柱的面积较大的两侧，或采用四片钢板对所有四个侧面进行加固。
9.根据权利要求6所述的一种矩形截面轴向受压钢筋混凝土柱的加固方法，其特征在于：所述的光圆钢筋的直径根据所需的起拱弧度要求而选取。
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