柱子的預(yù)應(yīng)力加固法

概述

柱子預(yù)應(yīng)力加固法，是指在加固柱子過程中， 對加固用的撐桿施加預(yù)頂升力，以期達(dá)到卸除原柱 承受的部分外力，減少撐桿的應(yīng)力滯后，充分發(fā)揮 其加固作用的一種方法。這種方法常用于應(yīng)力較高 或變形較大而外荷載又較難卸除以及損壞較嚴(yán)重的 柱子。

對撐桿施加預(yù)頂升力的方法有縱向壓縮法和橫 向收緊(校直)法〔如圖3-23 (a), (b)所示丄

通常，對于軸心受壓柱，應(yīng)采用對稱雙面預(yù)應(yīng) 力撐桿加固；對于偏心受壓柱，一般僅需對受壓邊 用預(yù)應(yīng)力撐桿加固，而受拉邊多釆用非預(yù)應(yīng)力法加 固。

釆用預(yù)應(yīng)力撐桿加固柱子時(shí)應(yīng)對加固后的柱子 進(jìn)行承戟力計(jì)算和撐桿施工時(shí)的穩(wěn)定性驗(yàn)算。

3.5.2加固柱的承載力計(jì)算

1. 軸心受壓柱當(dāng)采用對稱雙面預(yù)應(yīng)力撐桿加固軸心受壓柱時(shí)，加固后柱的受壓承載力可按下式計(jì)算：

NWWAefe 十 A：￡）+伽（3-34> 式中：一原柱的穩(wěn)定系數(shù)；

A_t——原柱的混凝土截面面積，當(dāng)原柱為鋼柱時(shí)，A° = 0；

X、——原混廃土柱中的受壓縱筋總截面面積；當(dāng)原柱為鋼柱時(shí)，A：表示鋼柱的截面 面積；

/；——原混凝土柱中的縱筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，當(dāng)原柱為鋼柱時(shí)，￡表示銅柱的抗壓 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

A；——預(yù)應(yīng)力撐桿的總截面面積；

僅——鋼撐桿的受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

g——撐籽與原柱的協(xié)同工作系數(shù)（取0.9）；

啊一撐桿構(gòu)架的穩(wěn)定系數(shù)。

撐桿和綴板的設(shè)計(jì)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ17-88）進(jìn)行。

2, 偏心受壓柱

（1） 偏心受壓鋼柱。用預(yù)應(yīng)力法加固偏心受壓鋼柱時(shí)，由于對補(bǔ)強(qiáng)鋼柱施加了預(yù)應(yīng)力， 卸除了原柱承?受的部分荷載，減少了補(bǔ)強(qiáng)鋼柱的應(yīng)力滯后現(xiàn)象，所以，預(yù)應(yīng)力加固鋼柱的剛 度較大。它與非預(yù)應(yīng)力法加固鋼柱相比，預(yù)應(yīng)力加固柱上支撐點(diǎn)的豎向變位較小。若加固柱 與原柱間的連接可靠，能保證其共同變形時(shí)，則可按整體鋼柱進(jìn)行計(jì)算，否則，應(yīng)按新、舊 柱獨(dú)立工作予以考慮。新、舊柱答肖承受的外力按它們的剛度比進(jìn)行分配。

預(yù)應(yīng)力鋼撐桿應(yīng)設(shè)置在原柱的受壓邊。兩柱間宜采用朝接或螺栓連接，以減小因焊接而 引起的預(yù)應(yīng)力損失。

（2） 偏心受壓混凝土柱?同偏心受壓鋼柱一樣，預(yù)應(yīng)力撐桿宜置于原柱的受壓邊。值得 注意的是，加固后可能會改變原柱的受力特征和破壞形態(tài)，即大偏心受壓轉(zhuǎn)變?yōu)樾∑氖?/span> 壓。

用預(yù)應(yīng)力鋼撐桿加固的鋼筋混凝土偏心受壓柱，其正截面承載力可按下式計(jì)算：

NWM = — b,A,十 0.85/；/， （3-35）

Ne《M_u = fs'bxQig — —■） + ￡A； （h_0l 一 a：）十 0. 85/^.4；（棚—a'?）_a （3-36）

式中：N_u, M_u 一 分別為加固柱的受壓承載力設(shè)計(jì)值和受彎承載力設(shè)計(jì)值；

A；, f_n——分別為預(yù)應(yīng)力鋼撐桿的截面面積和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

q ―原柱中受拉縱筋的應(yīng)力；小偏心受壓時(shí)按式（3-9）計(jì)算，大偏心受壓時(shí)，取 為

0.85 ——鋼撐桿受壓強(qiáng)度折減系數(shù)；

a；——鋼撐桿合力點(diǎn)至原柱受壓邊緣的距離。

當(dāng)為小偏心受壓柱時(shí)，直接聯(lián)解式（3-35）和（3-36）較為困難，因此，一般釆用試算法。即 首先根據(jù)構(gòu)造確定A,并算出N。及.Mu。如果加固柱的承載力小于外荷載值（NuVN,MuV M）,則應(yīng)加大撐桿的截面面積,直至式（3-35）和〈3-36）得到滿足為止。

3.5.3預(yù)應(yīng)力控制值及頂升計(jì)算

1. 預(yù)應(yīng)力控制值的確定

通常，撐桿在施加預(yù)應(yīng)力的過程中尚未形成格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，各肢桿處于獨(dú)立工作狀態(tài)，其長細(xì)比大，穩(wěn)定性較差。因此，不論是對軸心受壓柱還是對偏心受壓柱，施工時(shí)都應(yīng)控制施 加的預(yù)應(yīng)力值，以不使撐桿失穩(wěn)。由此規(guī)定：

% W啊腐已。 <3-37)式中；丄——施工時(shí)的預(yù)應(yīng)力控制值(宜控制在50?80 N/mn?)；

阻——受壓肢桿的穩(wěn)定系數(shù)。當(dāng)采用橫向收緊(校直)法時(shí)，其計(jì)算長度取受壓肢 桿全長的一半，長細(xì)比不得小于120；當(dāng)釆用縱向壓縮(頂升)諸時(shí)，其穩(wěn)定 系數(shù)以撐桿全長按格構(gòu)壓桿計(jì)算，

A——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(取0.75)。

2, 縱向頂升量&的計(jì)算

當(dāng)釆用千斤頂、楔子等方法對撐桿進(jìn)行縱向壓縮頂升時(shí)，頂升量山可按下式計(jì)算；

&L = I ? a'MPtEQ + a。 (3-38)式中：E，——鋼撐桿的彈性模量；

制應(yīng)力) '

I——撐桿的全長；

a—— 桿端頂板與混凝土間的壓縮量，取2?4 mm；

A ——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(取0.9)。

隨著頂升量尊的增大，撐桿應(yīng)力增加，原柱應(yīng)力減小。由于頂撐 點(diǎn)處梁的向上變位較小，故式(3-38)不計(jì)入此變值量。 1 一

3. 橫向張拉量的計(jì)算 原柱寸 }

當(dāng)釆用橫向張拉(即收緊)的辦法使撐桿縱向產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力時(shí) ［、 ：?

〈如圖3-24所示)，橫向張拉量AH按下式計(jì)算， I \ '

I 1△H =號/<,/(國E.)+a。 (3-39) a// * 臂.

彎折撐桿肢時(shí)，宜將肢桿中點(diǎn)處的橫向彎折量取為(AH+3) mm 施工中只減小AH,以確保撐桿處于預(yù)壓狀態(tài).

3. 5.4構(gòu)造要求

采用預(yù)應(yīng)力法加固柱時(shí)應(yīng)符合以下構(gòu)造要求：

(1) 預(yù)應(yīng)力撐桿的角鋼截面不應(yīng)小于L5QX5,壓桿肢的兩根角 鋼用綴板連接成糟形截面，也可用單報(bào)槽鋼作壓桿肢。綴板厚度不得 小于6 mm,寬度不得小于80 mm,相鄰綴板間的距離應(yīng)保證單個(gè)角 鋼的長細(xì)比不太于4皿

(2) 撐桿末端的傳力應(yīng)可靠。圖3-25示岀了末端的構(gòu)造做法。圖

中的傳力角鋼最后被焊接在預(yù)應(yīng)力撐桿的末端，且其截面不得小于1_ 100X75X12。在預(yù)應(yīng) 力撐桿的外側(cè)'，還應(yīng)加焊一塊厚度不小于16 mm的傳力頂板予以加強(qiáng)。

(3) 當(dāng)釆用橫向收緊法時(shí)，應(yīng)將預(yù)應(yīng)力撐桿在中部對稱地向外彎折，并在彎折處用拉緊 螺栓建立預(yù)應(yīng)力〔如圖3-26 (a)所示單側(cè)加固的撐桿只有一個(gè)壓桿肢，仍在中點(diǎn)處彎 折，并采用螺栓進(jìn)行橫向張拉〔如圖3-27 (a), (b)所示K

(4) 在彎折壓桿肢前，需在角鋼的側(cè)立肢上切出三角形缺口，角鋼截面因此被削弱，應(yīng) 在角鋼正平肢上補(bǔ)焊鋼板予以加強(qiáng)〔如圖3-27 (c)所示

(5) 拉緊螺栓的直徑應(yīng)大于或等于16 mm,其螺帽高度不應(yīng)小于螺桿直徑的1.5倍。

(6>在焊接圖3-26及圖3-27中的連接綴板時(shí)， 應(yīng)采用上下輪流點(diǎn)焊的方法，以防止因施焊受熱而損 失預(yù)壓應(yīng)力。

3. 5.5計(jì)算實(shí)例.

例3-3某鋼筋混凝土平臺柱，其寬和高(6XA) ^7 300 mm X 400 mm,柱的計(jì)算長度Z° = 3m,混凝 土為C20,配置H級鋼筋，A, = A；=763 mm²,承受 設(shè)計(jì)軸向壓力410 kN,設(shè)計(jì)彎矩120 kN - m。現(xiàn)因 又增加?一臺設(shè)備，增加設(shè)計(jì)軸向力左N=130kN,設(shè) 計(jì)彎矩△M=30kN?m,試進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。