[發(fā)明專利]一種體外預(yù)應(yīng)力外加鋼罩加固混凝土墩柱的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310116355.2
• 申請日: 2013-04-05
• 公開（公告）號: CN103334596A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓強(qiáng);杜修力;張文強(qiáng);趙密
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E04G23/02
• 分類號: E04G23/02;E01D22/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大跨橋梁、（超）高層建筑和地鐵地下結(jié)構(gòu)以及其它重大構(gòu)筑物的混凝土墩柱，尤其是涉及體外預(yù)應(yīng)力加固混凝土墩柱的方法。

背景技術(shù)

鋼筋混凝土墩柱廣泛應(yīng)用于大跨橋梁、（超）高層建筑和地鐵地下結(jié)構(gòu)等重大構(gòu)筑物中，其主要作用是把上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給基礎(chǔ)，是構(gòu)筑物中最重要的承重構(gòu)件。這些重要構(gòu)筑物可能遭受潛在地震、爆炸以及強(qiáng)烈撞擊等極端荷載作用，易產(chǎn)生非彈性的損傷破壞（如混凝土墩柱形成塑性鉸的彎曲破壞，以及彎剪破壞或剪切破壞等），完全重新建造墩柱對整個(gè)結(jié)構(gòu)上來說是困難的或在經(jīng)濟(jì)上不可性，采取加固墩柱無論是在技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都是一個(gè)較好的選擇方案。不同加固方案對改善或提高混凝土墩柱強(qiáng)度和延性是不同的，加固方法（包括加固材料和實(shí)施方案等）直接影響或者說決定了加固后結(jié)構(gòu)體系或構(gòu)件性能，是混凝土墩柱加固技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵問題。

混凝土墩柱的加固技術(shù)通常包括（1）鋼套管加固；（2）增大截面加固法；（3）復(fù)合纖維材料套管（如碳纖維、玻璃纖維等）等，這些加固方法對抑制混凝土裂縫的開展，提高混凝土墩柱的抗彎和抗剪承載能力，改善了混凝土墩柱受力性能，取得一定的作用，但對于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)、（超）高層建筑以及地鐵地下結(jié)構(gòu)等高軸比的混凝土墩柱加固時(shí)，均存在不足之處。

鋼套管和復(fù)合纖維材料套管加固法的機(jī)理是，當(dāng)混凝土墩柱中壓力區(qū)中高軸向壓應(yīng)變作用下混凝土側(cè)向膨脹，或是拉力區(qū)中在初始搭接失效下搭接頭的擴(kuò)張作用，通過鋼（或復(fù)合纖維材料）套管產(chǎn)生的側(cè)向約束壓力能限制墩柱的徑向膨脹，約束的程度依賴鋼（或復(fù)合纖維材料）套管的強(qiáng)度和剛度，對可能遭受潛在地震、爆炸以及強(qiáng)烈撞擊等極端荷載作用混凝土墩柱只有在核心混凝土損傷破壞擴(kuò)大至套管時(shí)才取到作用，部分改善混凝土墩柱性能。增大截面加固法就是繞墩柱外部放置環(huán)箍，然后把包墩柱環(huán)箍的鋼筋鉆入并粘接在墩柱上，最后用混凝土包住鋼筋，類似混凝土套管的豎向鋼筋以暗銷接合到基礎(chǔ)上并留了足夠的錨固長度來保證其強(qiáng)度，優(yōu)點(diǎn)是在提高墩柱抗剪和抗彎承載力同時(shí)，保留墩柱然來形狀，缺點(diǎn)是在對墩柱加固的同時(shí)，必須對基礎(chǔ)加固，增加其抗彎、抗剪強(qiáng)度使之確保塑性鉸出現(xiàn)在墩柱上，基礎(chǔ)加固工作最大而且施工緩慢，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。

本發(fā)明提供了的一種新型體外預(yù)應(yīng)力外加鋼罩加固混凝土墩柱的方法，采用不同預(yù)應(yīng)力度對混凝土墩柱進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力加固，預(yù)應(yīng)力鋼鉸線使原墩柱的核心混凝土和保護(hù)層混凝土共同形成約束混凝土，能有效的限制剪切斜裂縫形成和開展，同時(shí)外加鋼罩既能雙重約束核心混凝土和保護(hù)層混凝土，還能對預(yù)應(yīng)力絞線和錨具取得保護(hù)作用，大大增加了混凝土墩柱的抗剪、抗彎承載力、豎向承載能力和延性。對于可能遭受強(qiáng)震，爆炸或是強(qiáng)烈撞擊等極端荷載作用的大跨度橋梁混凝土橋墩、（超）高層建筑底層混凝土柱以及地鐵地下結(jié)構(gòu)的混凝土柱等高軸壓混凝土墩柱提供了一種較理想的加固方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述存在的不足和缺陷，本發(fā)明提供了一種新型體外預(yù)應(yīng)力外加鋼罩加固混凝土墩柱的方法，解決工程上亟待解決的高軸壓混凝土墩柱抗剪、抗彎承載力、豎向承載力以及混凝土墩柱延性不足等問題，同時(shí)具有良好的耐久性能，滿足可能遭受地震、爆炸或是強(qiáng)烈撞擊等極端荷載作用的大跨度橋梁混凝土橋墩、（超）高層建筑底層混凝土柱以及地鐵地下結(jié)構(gòu)的混凝土柱等高軸壓混凝土墩柱的加固。

本發(fā)明提供的一種新型體外預(yù)應(yīng)力外加鋼罩加固混凝土墩柱的方法，其具體施實(shí)步驟為：根據(jù)混凝土墩柱的抗剪、抗彎強(qiáng)度以及延性要求，計(jì)算混凝土墩柱是否需要加固；確定由預(yù)應(yīng)力絞線及連接錨具組成的預(yù)應(yīng)力絞線環(huán)箍在沿混凝土墩柱高度方向上的位置和間距；將預(yù)應(yīng)力絞線環(huán)箍纏繞在混凝土墩柱外面，并根據(jù)沿混凝土墩柱加固需求，對預(yù)應(yīng)力絞線環(huán)箍施加拉應(yīng)力；最后根據(jù)混凝土墩柱豎向承載力和變形性能要求，以及對體外預(yù)應(yīng)力絞線和錨具的保護(hù)要求，確定外層鋼板的厚度和鋼板焊接成鋼罩后直徑大小，并在原混凝土墩柱和鋼罩間注入水泥砂漿填充，形成體外預(yù)應(yīng)力外加鋼罩加固混凝土墩柱。

所述的體外預(yù)應(yīng)力外加鋼罩加固混凝土墩柱加固需求包括：計(jì)算混凝土墩柱設(shè)計(jì)抗剪能力、抗彎承載力和延性能力需求；計(jì)算混凝土墩柱抗剪能力、抗彎承載力和延性的潛在需求；當(dāng)混凝土墩柱抗剪能力、抗彎承載力和延性潛在需求大于或等于設(shè)計(jì)值時(shí)，需要對墩柱進(jìn)行加固修復(fù)。

所述的體外預(yù)應(yīng)力外加鋼罩加固混凝土墩柱需要確定混凝土墩柱已經(jīng)存在的橫向鋼筋是否符合預(yù)先設(shè)計(jì)的約束鋼筋要求，當(dāng)不滿足時(shí)需要加固修復(fù)。