CN112412085A - 一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法。包括安装固定角钢夹具、设置复位锚板、张拉复位、焊接、增设加强角钢夹具的步骤，其中锚板通过钢绞线和锚具连接在两个固定角钢夹具之间，使用千斤顶通过锚具对钢绞线进行张拉复位，复位后对鼓胀断裂处焊缝进行重新焊接并在拆除锚具、锚板、钢绞线和固定角钢夹具后在箱型钢柱外侧安装加强角钢夹具。本发明采用角钢夹具和锚具张拉对箱型钢管柱进行受损部位修复，安全简单，成本低，适用范围广，修复后的箱型钢柱使用加强角钢夹具进行加固，进一步提高了柱体的结构承载力，可以满足多种使用需求。

Description

一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法

技术领域

本发明属于建筑修复和加固方法领域，具体涉及一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法。

技术背景

箱型钢柱是高层钢结构建筑中的主要竖向构件，箱型钢柱拼接处或两端常设置有隔板，为了排气，这些隔板不是完全封闭的，施工过程中，如果未做好防水措施，使得箱型钢柱内有积水，冬季低温或在冷库场地，积水冻胀会使箱型钢柱壁板胀鼓，部分箱型钢柱壁板之间的焊缝断裂。箱型钢柱壁板胀鼓后会产生附加弯矩，壁板之间的焊缝断裂不能有效传递剪应力，不能使箱型钢柱四块壁板共同工作，如果不及时处理，会影响结构安全。

现有技术中受损箱型钢柱的修复主要是置换、灌浆加固或增设拉索，但是箱型钢柱所在场地常因狭小不能满足置换所需的施工空间；由于隔板存在，无法灌注高强灌浆料；拉索需要预应力预埋空间。在现有技术无法及时有效修复受损箱型钢柱时，如何针对现有受损钢柱进行修复和修复后加固是尚待解决的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题，提供一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法。

本发明采用了以下技术方案：一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，包括以下步骤：

S1.安装固定角钢夹具：铲除箱型钢柱壁板胀鼓部分断裂的焊缝，使用固定角钢夹具对断裂段箱型钢柱进行四面夹套固定，并使用固定角钢夹具对箱型钢柱壁板胀鼓部分的上下两端进行箱型钢柱的四面夹套固定；

S2.设置复位锚板：在两个所述固定角钢夹具之间的箱型钢柱壁板上开设通孔，所述通孔垂直于箱型钢柱一侧壁板并贯穿所述箱型钢柱横截面，在通孔内安装钢绞线并在所述通孔两端安装开设有对应开孔的锚板；

S3.张拉复位：使用千斤顶通过锚具对钢绞线进行张拉从而对壁板胀鼓部分进行复位；

S4.焊接：对复位后的箱型钢柱壁板断裂处重新焊接，焊接完成后拆除锚板和钢绞线并拆除固定角钢夹具，再对固定角钢夹具遮挡的断裂处进行焊接；

S5.增设加强角钢夹具：所述锚板、钢绞线和固定角钢夹具拆除后，在复位及焊接完成后的箱型钢柱壁段安装加强角钢夹具，所述加强角钢夹具设置方式同S1中固定角钢夹具。

优选的，所述加强角钢夹具采用等距离安装。

优选的，所述S1中固定角钢夹具或所述S5中加强角钢夹具均使用四块角钢沿所述箱型钢柱轴向分为上下两层放置，每层两块角钢为一组，且同组角钢分别设置在箱型钢柱两块相对设置的壁板外侧的同一高度上，上下两层角钢的固定方向互相垂直；每块角钢的一边即固定边均与箱型钢柱壁板贴合且两端分别延伸出箱型钢柱壁板一段设定距离，所述上下两层角钢远离箱型钢柱壁板的一边即连接边在箱型钢柱的四个拐角处贴合搭接。

应当理解，所述角钢延伸出箱型钢柱壁板板的距离只要满足对穿螺栓安装空间即可，所述角钢在箱型钢柱四个拐角的搭接处可以等长或不等长。

优选的，所述步骤S2中，箱型钢柱壁板一侧壁板的同一水平线方向上至少开设两个通孔，沿所述通孔在箱型钢柱轴向上下方向开设有中心线彼此平行的其他通孔。

优选的，所述步骤S2和S3中，设置在所述通孔两端的两块锚板为一组，同组中的两块锚板中的任意一块为固定端锚板，钢绞线与固定端锚板采用挤压锚具固定，另一块为张拉端锚板，千斤顶在张拉端锚板外侧通过群锚对钢绞线进行张拉。

优选的，所述固定角钢夹具中每块角钢在延伸出箱型钢柱壁板部分开设有长条状孔，同组角钢的所述长条状孔相隔箱型钢柱一一对应并通过对穿螺栓使所述角钢压紧所述箱型钢柱壁板；所述加强角钢夹具中每块角钢在延伸出箱型钢柱壁板部分开设有圆形孔，每层角钢的所述圆形孔相隔箱型钢柱一一对应并通过对穿螺栓使所述角钢压紧所述箱型钢柱壁板。

所述长条状孔优选为椭圆孔。

进一步优选的，所述加强角钢夹具在固定对穿螺栓后，对搭接处进行焊接。

进一步优选的，所述箱型钢柱的两个对立面壁板上的通孔等距错层设置，以保证通孔内的钢绞线在各截面层间互相垂直且彼此独立。

进一步优选的，所述锚板宽度小于所述箱型钢柱壁板宽度，所述锚板高度根据所述箱型钢柱壁板胀鼓区域高度成正向比例设置。

优选的，所述步骤S4中，钢绞线拆除后在通孔内灌注胶水封堵。

优选的，所述步骤S4中，重新焊接前使用磨光机将铲除后的焊缝进行打磨清理。

本发明的有益效果在于：

1)本发明采用角钢夹具和锚具张拉对箱型钢管柱进行受损部位修复，方法安全简单，成本低，适用范围广。当原有箱型钢柱仅仅是焊缝断裂或鼓胀，壁板强度本身受损不严重时，使用本发明代替传统的置换，大大节省了人力物力。修复后的箱型钢柱使用加强角钢夹具进行加固，进一步提高了柱体的结构承载力，满足各种使用需求。

2)本发明使用的长条状开孔的固定角钢夹具作为临时固定装置，不仅能对箱型钢柱变形部位起到较好的适应性固定作用，而且安装拆卸方便，使用完毕后可以完全回收，留待下一次使用，避免浪费。

附图说明

图1为本发明固定角钢夹具安装示意图；

图2为本发明固定角钢夹具平面图；

图3为本发明固定角钢夹具开椭圆孔示意图；

图4为本发明加强角钢夹具开圆形孔示意图；

图5为本发明固定角钢夹具结构示意图；

图6为本发明锚板和钢绞线安装示意图；

图7为本发明锚板和钢绞线张拉俯视图。

图中标注符号的含义如下：

10-箱型钢柱 20-固定角钢夹具 21-角钢 22-长条状孔 23-对穿螺栓

30-箱型钢柱壁板 31-通孔 32-钢绞线 33-锚板 331-固定端锚板

331-张拉端锚板 34-锚具 341-挤压锚具 342-群锚 40-加强角钢夹具

42-圆形孔

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做出更为具体的说明：

实施例1：

某微小卫星科技产业园项目冷库，建筑面积9877.73m²，建筑高度23.6m，建筑层数一层，其中冷库间结构形式为钢结构，柱网尺寸12×16m，16m方向梁柱刚接，12m方向梁柱铰接。箱型钢柱10内施工阶段有部分积水，冷库试运行阶段积水冻胀，破坏了钢柱。现场实测五根箱型钢柱壁板板30起鼓膨胀，起鼓程度不一，其中两根较严重，起鼓导致箱型钢柱壁板板30角焊缝断裂。

以其中一根箱型钢柱10为例，该箱型钢柱由于壁板起鼓膨胀分别导致该箱型钢柱10有两条壁板角接焊缝断裂，开裂部位分别位于该箱型钢柱10柱脚部位和距离柱脚4m处，箱型钢柱10横截面为边长500mm的正方形，裂缝长度分别为2500mm和3000mm；被测箱型钢柱壁板板30变形量实测起鼓最大值在 4-37mm之间。该箱型钢柱壁板板30局部起鼓变形，焊缝断裂受损，破坏了构件的内部构造，将会使构件承载力降低，稳定性不足，具有一定安全隐患。

采用本发明的加固方法对该科技产业园冷库箱型钢柱进行修复加固，如图 1-7所示，步骤如下：

S1.安装固定角钢夹具。首先人工铲除箱型钢柱10角接焊缝断裂处的焊缝，然后通过固定角钢夹具20对裂开的壁板进行临时固定，每个固定角钢夹具20 使用四块相同的的角钢21沿布设处的箱型钢柱10轴向分为上下两层放置，每层两块角钢21为一组，角钢的长度为800mm，边宽度为100mm，每组角钢21 设置在箱型钢柱10两个相对设置的壁板外侧的同一高度上，上下两层角钢21 在箱型钢柱10上的固定方向相互垂直，使上下两层角钢21形成四面夹套状，每块角钢21的一边即固定边均与箱型钢柱壁板板30贴合且两端延伸出箱型钢柱壁板板30各150mm，上下两层角钢21远离箱型钢柱壁板板30的一边即连接边在箱型钢柱10的四个拐角处贴合，每块角钢21在延伸出箱型钢柱壁板板30 部分正中开设有一个椭圆孔22，椭圆孔孔径22×50mm，每层角钢21的椭圆孔 22相隔箱型钢柱10一一对应并通过φ20mm对穿螺栓23压紧固定在箱型钢柱壁板板30上，由于箱型钢柱壁板板30存在不均匀鼓胀，椭圆孔22的设置可以方便固定角钢夹具20内部位置调节。

S2.设置复位锚板。在两个固定角钢夹具20之间的箱型钢柱壁板板30上开设通孔31，通孔31需垂直于箱型钢柱10一侧壁板并贯穿整个箱型钢柱10柱体，箱型钢柱10一侧壁板的同一水平线上开设两个通孔31，沿所述通孔31在箱型钢柱10轴向上下方向等距开设有孔中心线彼此平行的其他通孔31，在每个通孔 31内安装钢绞线32并在通孔31两端安装开设有与通孔31位置对应开孔的锚板 33。箱型钢柱10的两个对立面壁板上的通孔31需等距错层设置，以保证通孔 31内的钢绞线32的拉力方向互相垂直且彼此独立。

S3.张拉复位。箱型钢柱10两组对立面通孔31两端的两块锚板33分别为一组，每组中两块锚板33中的任意一块为固定端锚板331，钢绞线32与固定端锚板331采用挤压锚具341固定，另一块为张拉端锚板332，千斤顶在张拉端锚板332外侧通过群锚342对钢绞线32进行张拉，通过施加预应力从而对壁板胀鼓部分进行复位，其中张拉作用力与锚板33垂直。

S4.焊接。使用磨光机将铲除后的焊缝进行打磨清理干净，并对复位后的箱型钢柱壁板板30角接处进行熔透坡口焊接，坡口角度50°，坡口深度11mm，焊接完成后拆除锚33和钢绞线32并拆除固定角钢夹具20，再对固定角钢20遮挡的断裂处进行焊接，焊接方式与前述一致，最后在钢绞线32拆除完成后的通孔31内灌注结构胶对通孔31进行封闭。

S5.增设加强角钢夹具。锚板33拆除后，在两个固定角钢夹具20之间的箱型钢柱壁板板30上间距500mm一道安装加强角钢夹具40，加强角钢夹具40设置方式同固定角钢夹具20，加强角钢夹具40在固定对穿螺栓23后，对搭接处进行角焊缝焊接。加强角钢夹具40可以增加箱型钢柱壁板板30的平面外约束，减小箱型钢柱10的计算长度，使加固后的箱型钢柱10满足结构的承载力及抗震计算要求。

本实施例中，锚板33尺寸1000×400×20mm，通孔31开设水平间距200mm，竖向间距300mm，穿1860级低松弛钢绞线32(％130s)；锚具34的质量检验和合格验收应符合国家现行标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T 14370-2000)的规定，千斤顶采用分级张拉，由四周至中间分步张拉，张拉强度根据现场起鼓程度由低到高调整，每一级根据张拉效果增加1吨或3吨，如果张拉效果不明显则增大提升幅度，具体张拉措施可以根据实际施工步骤、施工分段及预应力施工张拉工艺等可以由预应力专业公司根据具体施工情况制定方案。

实施例2

与实施例1不同在于，本实施例2中加强角钢夹具40的每块角钢21在延伸出箱型钢柱壁板板30部分正中开设有一个圆形孔42，每层角钢21的圆形孔 42相隔箱型钢柱10一一对应并通过对穿螺栓23压紧固定在箱型钢柱壁板板30 上。由于箱型钢柱壁板板30鼓胀复位，开设圆形孔42的角钢21可以保证加强角钢夹具40在箱型钢柱壁板板30上紧固的一致性。

实施例3

采用本发明的加固方法对该冷库箱型钢柱10进行修复加固，在箱型钢柱10 局部起鼓膨胀但未断裂部位的上下两端也等距安装固定角钢夹具20，与实施例 1不同在于，本实施例3在箱型钢柱10两侧壁板角接焊缝未断裂处，若焊缝焊透深度等指标符合设计要求，则只需要对起鼓膨胀部分采用锚板33和钢绞线32、千斤顶进行张拉复位，不需要铲除原焊缝再重新焊接。

实施例4

加强角钢夹具40安装完成后，对箱型钢柱10和加强角钢夹具40进行防锈、防腐和防火处理。采用喷砂或抛丸除锈工艺，除锈质量等级应达到国标GB10923 中Sa2.5级标准；防腐涂层采用水性无机锌涂料涂底漆二度(2×30μm)，环氧云铁中间漆一度(1×30μm)，氯化橡胶面漆二度(2×30μm)，干漆膜总厚度不小于150μm；防火采用厚涂防火漆方式，钢结构防火涂料品种及涂层厚度选用由试验确定,应符合《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS24－90要求。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明的限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.安装固定角钢夹具：铲除箱型钢柱壁板(30)胀鼓部分断裂的焊缝，使用固定角钢夹具(20)对箱型钢柱(10)断裂段进行四面夹套固定，并使用固定角钢夹具(20)对箱型钢柱壁板(30)胀鼓部分的上下两端进行箱型钢柱(10)的四面夹套固定；

S2.设置复位锚板：在两个所述固定角钢夹具(20)之间的箱型钢柱壁板(30)上开设通孔(31)，所述通孔(31)垂直于箱型钢柱(10)一侧壁板并贯穿所述箱型钢柱(10)柱体，在通孔(31)内安装钢绞线(32)并在所述通孔(31)两端安装开设有对应开孔的锚板(33)；

S3.张拉复位：使用千斤顶通过锚具(34)对钢绞线(32)进行张拉从而对箱型钢柱壁板(30)胀鼓部分进行复位；

S4.焊接：对复位后的箱型钢柱壁板(30)断裂处重新焊接，焊接完成后拆除锚板(33)和钢绞线(32)并拆除固定角钢夹具(20)，再对固定角钢夹具(20)遮挡的断裂处进行焊接；

S5.增设加强角钢夹具：所述锚板(33)、钢绞线(32)和固定角钢夹具(20)拆除后，在复位及焊接完成后的箱型钢柱壁板(30)段安装加强角钢夹具(40)，所述加强角钢夹具(40)设置方式同S1中固定角钢夹具(20)。

2.如权利要求1所述的一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，所述S1中固定角钢夹具(20)或所述S5中加强角钢夹具(40)均使用四块角钢(21)沿所述箱型钢柱(10)轴向分为上下两层放置，每层两块角钢(21)为一组，且同组角钢(21)分别设置在箱型钢柱(10)两块相对设置的壁板外侧的同一高度上，上下两层角钢(21)的固定方向互相垂直；每块角钢(21)的一边即固定边均与箱型钢柱壁板(30)贴合且两端分别延伸出箱型钢柱壁板(30)一段设定距离，所述上下两层角钢(21)远离箱型钢柱壁板(30)的一边即连接边在箱型钢柱(10)的四个拐角处贴合搭接。

3.如权利要求1所述的一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，所述步骤S2中，箱型钢柱壁板(30)一侧壁板的同一水平线方向上至少开设两个通孔(31)，沿所述通孔(31)在箱型钢柱(10)轴向上下方向开设有中心线彼此平行的其他通孔(31)。

4.如权利要求1所述的一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，所述步骤S2和S3中，设置在所述通孔(31)两端的两块锚板(33)为一组，同组中的两块锚板(33)中的任意一块为固定端锚板(331)，钢绞线(32)与固定端锚板(331)采用挤压锚具(341)固定，另一块为张拉端锚板(332)，千斤顶在张拉端锚板(332)外侧通过群锚(342)对钢绞线(32)进行张拉。

5.如权利要求2所述的一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，所述固定角钢夹具(20)中每块角钢(21)在延伸出箱型钢柱壁板(30)部分开设有长条状孔(22)，同组角钢(21)的所述长条状孔(22)相隔箱型钢柱(10)一一对应并通过对穿螺栓(23)使所述角钢(21)压紧所述箱型钢柱壁板(30)；所述加强角钢夹具(40)中每块角钢(21)在延伸出箱型钢柱壁板(30)部分开设有圆形孔(42)，每层角钢(21)的所述圆形孔(42)相隔箱型钢柱(10)一一对应并通过对穿螺栓(23)使所述角钢(21)压紧所述箱型钢柱壁板(30)。

6.如权利要求5所述的一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，所述加强角钢夹具(40)在固定对穿螺栓(23)后，对搭接处进行焊接。

7.如权利要求3所述的一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，所述箱型钢柱(10)的两个对立面壁板上的通孔(31)等距错层设置，以保证通孔(31)内的钢绞线(32)在各截面层间互相垂直且彼此独立。

8.如权利要求4所述的一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，所述锚板(33)宽度小于所述箱型钢柱壁板(30)宽度，所述锚板(33)高度根据所述箱型钢柱壁板(30)胀鼓区域高度成正向比例设置。

9.如权利要求1所述的一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，所述步骤S4中，钢绞线(32)拆除后在通孔(31)内灌注胶水封堵。

10.如权利要求1所述的一种修复箱型钢柱壁板胀鼓的预应力加固方法，其特征在于，所述步骤S4中，重新焊接前使用磨光机将铲除后的焊缝进行打磨清理。

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