CN110295764B - 火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，包括如下步骤：（1）凿除框架结构中受火部位的受损混凝土；（2）凿除框架结构中所有节点区域的混凝土和底层柱底的混凝土；（3）对于梁柱上产生的宽度大于0.2mm的裂缝，凿除裂缝周边的混凝土；（4）对于受损框架平面产生的变形，矫正变形平面，矫直柱底的屈曲钢筋，替换损坏的箍筋；（5）在梁和柱的火灾剩余部分的混凝土中植入钢筋；（6）支设模板，用高韧性纤维水泥基材料重新浇筑节点区域以及裂缝宽度大于0.2mm的受损部位，其余受损部位用混凝土重新浇筑。该方法可以同时修复损伤钢筋混凝土框架结构的承载能力与抗震性能。

Description

火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，具体涉及一种采用高韧性纤维水泥基材料对火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架结构的加固方法。
背景技术
高韧性纤维水泥基材料采用高掺量的粉煤灰代替水泥，提高了工业废料的利用率，减少了水泥的用量，符合国家绿色建筑的技术理念。目前，建筑物多以框架结构体系为主，地震时时常会伴有火灾等次生灾害的发生，因此，对损伤的框架结构进行加固具有重要意义，既减少了建筑物的拆除带来的经济损失，又减少了环境的污染。现在框架结构的加固方式多以传统加固方式为主，很少能同时兼顾框架结构的承载能力与延性改善，对损伤的框架结构的加固方式，也是以单一的震损或火损为主，火灾与地震共同作用的框架结构的加固还未出现过。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，该方法可以同时修复损伤钢筋混凝土框架结构的承载能力与抗震性能。
火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，包括如下步骤：
（1）凿除框架结构中受火部位的受损混凝土；
（2）凿除框架结构中所有节点区域的混凝土和底层柱底的混凝土；
（3）对于梁柱上产生的宽度大于0.2mm的裂缝，凿除裂缝周边的混凝土；
（4）对于受损框架平面产生的变形，矫正变形平面，矫直柱底的屈曲钢筋，替换损坏的箍筋；
具体过程如下：对于与框架平面平行的平面内的变形，采用倒链，一端固定在框架顶端，另一端固定在框架另外一侧的地梁上，沿变形反方向缓慢施加力进行矫正；对于与框架平面垂直的平面方向产生的变形，先对凿除后的构件支模板，在矫正模板垂直度时，一起对平面外的变形进行矫正，矫正好后采用脚手架固定；
（5）在梁和柱的火灾剩余部分的混凝土中植入钢筋；
（6）支设模板，用高韧性纤维水泥基材料重新浇筑节点区域以及裂缝宽度大于0.2mm的受损部位，其余受损部位用混凝土重新浇筑。
进一步地，步骤（1）中所述的受火部位包括三面受火柱、四面受火柱和三面受火梁。
进一步地，所述步骤（1）四面受火柱的混凝土全部凿除，三面受火柱和三面受火梁凿除经受过400℃以上高温的混凝土。
进一步地，所述步骤（1）中在凿除受损混凝土之前，首先对框架结构进行卸载，并采用脚手架做支撑，以防构件自身重量对钢筋与剩余混凝土产生损害。
进一步地，所述步骤（2）中，在凿除时，柱截面两侧沿45°方向凿除，使柱截面呈现锥形，梁截面从底部沿45°向上凿除，使梁截面呈现斜坡形，并对凿除截面处做人工凿毛处理。
进一步地，所述步骤（3）中，凿除裂缝两侧各50mm范围内的混凝土，凿除深度为结构内原钢筋距离裂缝表面的深度，凿除时，避免钢筋受到损坏。
进一步地，所述步骤（5）中，沿梁的长度方向与柱的高度方向植入多个钢筋，相邻两钢筋之间的距离为200mm，植入深度不小于50mm，植入位置在两个箍筋的中间，钢筋等级与箍筋等级相同。
进一步地，所述步骤（6）中，支设模板后，用清水充分润湿构件表面，浇筑时，均匀地敲击模板外侧，达到振捣目的。
进一步地，所述高韧性纤维水泥基材料的组分为水泥、粉煤灰、精细砂、PVA纤维、减水剂和水，其中，按质量百分比计，水：水泥：粉煤灰：精细砂：减水剂=0.24：0.4：0.6：0.46：0.001；PVA纤维的体积掺量为总体积的1.7%。
本发明的有益效果：
本发明采用高韧性纤维水泥基材料加固火灾与地震共同作用的钢筋混泥土框架结构，弥补了单一损伤钢筋混凝土框架结构的加固方法，同时考虑了地震带来的火灾次生灾害对框架结构的影响。采用具有高强度、高韧性、高抗拉强度的高韧性纤维水泥基材料加固框架结构的节点以及较宽裂缝区域，可以修复框架结构经历火灾与地震后的承载能力与抗震性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实例中高韧性纤维水泥基材料加固火灾与地震共同作用的钢筋混凝土框架结构的示意图。
图2为本发明实例中遭受火灾部位柱截面加固图。
图3为本发明实例中遭受火灾部位梁截面加固图。
图中：1为400℃等温线，2为经历火灾后剩余混凝土，3为柱中植入的钢筋，4为梁中植入的钢筋，5为受火区域，6为重新浇筑的新混凝土，7为柱的45°锥形截面，8为梁的45°斜坡形截面，9为高韧性纤维水泥基材料浇筑区域。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
首先，进行框架结构的火灾与地震损伤模拟
选取一榀两层两跨1：2缩尺的钢筋混凝土框架，层高为1.5m，跨度1.5m，混凝土强度等级为C30，梁截面尺寸为160mm×200mm，截面纵筋为4根直径14mm的HRB400级钢筋，箍筋为直径8mm的HPB300级钢筋，间距100mm，柱截面尺寸为200mm×200mm，纵筋为8根直径14mm的HRB400级钢筋，箍筋为直径8mm的HPB300级钢筋。
对原型框架结构第一层在火灾试验炉内进行1小时的火灾处理，火灾升温制度为ISO834标准升温曲线，第一层的中柱为四面受火构件，其余梁柱均为三面受火。
对火灾后的框架结构进行低周反复加载试验来模拟地震，加载制度采用位移控制方法，极限水平荷载可达107kN，顶端极限位移可达174mm，柱顶施加86kN恒定竖向荷载，使结构达到临近破坏状态（荷载下降至极限荷载的85%）停止试验。
其次，进行框架结构火灾与地震损伤后的加固
（1）参见图2、图3，首先应对框架结构进行卸载，并采用脚手架做支撑，四面受火柱的混凝土全部凿除，三面受火柱和三面受火梁凿除经受过400℃以上高温的混凝土。
（2）参见图1，将框架结构所有节点区域300mm范围内混凝土以及底层柱底300mm内混凝土全部凿除，在凿除时，柱截面两侧沿45°方向凿除，使柱截面呈现锥形，梁截面从底部沿45°向上凿除，使梁截面呈现斜坡形，并对凿除截面处做人工凿毛处理。
（3）对于梁柱上产生的宽度大于0.2mm的裂缝，凿除裂缝周边的混凝土。凿除裂缝两侧各50mm范围内的混凝土，凿除深度为结构内原钢筋距离裂缝表面的深度，凿除时，避免钢筋受到损坏。
（4）对于与框架平面平行的平面内的变形，采用倒链，一端固定在框架顶端，另一端固定在框架另外一侧的地梁上，沿变形反方向缓慢施加力进行矫正；对于与框架平面垂直的平面方向产生的变形，先对凿除后的构件支模板，在矫正模板垂直度时，一起对该平面的变形进行矫正，矫正好后采用脚手架固定。柱底屈曲钢筋尽量矫直，替换损坏的箍筋，钢筋等级与原钢筋相同。
（5）参见图2、图3，对梁柱火灾剩余部分混凝土，在其中植入钢筋。沿梁长度方向与柱高度方向植入多个钢筋，钢筋间距为200mm，植入深度不小于50mm，植入位置在两个箍筋的中间，钢筋等级与箍筋等级相同。
（6）参见图1，用高韧性纤维水泥基材料重新浇筑节点区域以及裂缝宽度大于0.2mm的受损部位，其余受损部位用混凝土重新浇筑。
在以上实施例中，纤维水泥基材料为高韧性纤维水泥基材料，该材料的组分为水泥、粉煤灰、精细砂、PVA纤维、减水剂和水，其中，按质量百分比计，水：水泥：粉煤灰：精细砂：减水剂=0.24：0.4：0.6：0.46：0.001；PVA纤维的体积掺量为总体积的1.7%。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）凿除框架结构中受火部位的受损混凝土；
（2）凿除框架结构中所有节点区域的混凝土和底层柱底的混凝土；
（3）对于梁柱上产生的宽度大于0.2mm的裂缝，凿除裂缝周边的混凝土；
（4）对于受损框架平面产生的变形，矫正变形平面，矫直柱底的屈曲钢筋，替换损坏的箍筋；
具体过程如下：对于与框架平面平行的平面内的变形，采用倒链，一端固定在框架顶端，另一端固定在框架另外一侧的地梁上，沿变形反方向缓慢施加力进行矫正；对于与框架平面垂直的平面方向产生的变形，先对凿除后的构件支模板，在矫正模板垂直度时，一起对平面外的变形进行矫正，矫正好后采用脚手架固定；
（5）在梁和柱的火灾剩余部分的混凝土中植入钢筋；
（6）支设模板，用高韧性纤维水泥基材料重新浇筑节点区域以及裂缝宽度大于0.2mm的受损部位，其余受损部位用混凝土重新浇筑。
2.根据权利要求1所述的火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，其特征在于，步骤（1）中所述的受火部位包括三面受火柱、四面受火柱和三面受火梁。
3.根据权利要求2所述的火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，其特征在于，所述步骤（1）四面受火柱的混凝土全部凿除，三面受火柱和三面受火梁凿除经受过400℃以上高温的混凝土。
4.根据权利要求3所述的火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，其特征在于，所述步骤（1）中在凿除受损混凝土之前，首先对框架结构进行卸载，并采用脚手架做支撑。
5.根据权利要求1所述的火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，其特征在于，所述步骤（2）中，在凿除时，柱截面两侧沿45°方向凿除，使柱截面呈现锥形，梁截面从底部沿45°向上凿除，使梁截面呈现斜坡形，并对凿除截面处做人工凿毛处理。
6.根据权利要求1所述的火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，其特征在于，所述步骤（3）中，凿除裂缝两侧各50mm范围内的混凝土，凿除深度为结构内原钢筋距离裂缝表面的深度。
7.根据权利要求1所述的火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，其特征在于，所述步骤（5）中，沿梁的长度方向与柱的高度方向植入多个钢筋，相邻两钢筋之间的距离为200mm，植入深度不小于50mm，植入位置在两个箍筋的中间，钢筋等级与箍筋等级相同。
8.根据权利要求1所述的火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，其特征在于，所述步骤（6）中，支设模板后，用清水充分润湿构件表面，浇筑时，均匀地敲击模板外侧，达到振捣目的。
9.根据权利要求1所述的火灾与地震共同作用的受损钢筋混凝土框架的加固方法，其特征在于，所述高韧性纤维水泥基材料的组分为水泥、粉煤灰、精细砂、PVA纤维、减水剂和水，其中，按质量百分比计，水：水泥：粉煤灰：精细砂：减水剂=0.24：0.4：0.6：0.46：0.001；PVA纤维的体积掺量为总体积的1.7%。
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