新型自密实混凝土加固RC柱设计方法.pdf

'第3O卷第2期结构工程师Vo1．30．No．22014年4月StructuralEngineersApr．2014新型自密实混凝土加固RC柱设计方法胡克旭魏国栋张鹏(同济大学结构工程与防灾研究所，上海200092)摘要新型自密实加固混凝土是在现有水泥基灌浆料基础上开发出的高粘结、低收缩、自流平、自密实、加固用的新型混凝土材料，将其与传统的加大截面加固法相结合，再运用层内泵送灌注技术，不仅加固效果可靠，施工快捷，而且截面加大尺寸小，尤其适合震后灾区量大面广的震损结构的快捷加固。在课题组前期的试验研究和理论分析的基础上，考虑单面、三面和四面加固不同的加固方法，针对轴心受压和大、小偏心受压柱建立了一整套加固设计计算方法，为新型自密实混凝土应用提供了理论依据。关键词新型自密实混凝土，钢筋混凝土柱，加大截面法加固，设计方法DesignMethodsforRCColumnsStrengthenedwithNewSelf·compactingConcreteHUKexuWEIGuodongZHANGPeng(ResearchInstituteofStructuralEngineeringandDisasterReduction，TongjiUniversity，Shanghai200092，China)AbstractThenewself—compactingconcrete(NSCC)，withlowshrinkage，self-leveling，self-compactingcharacteristics，isakindofnewstrengtheningconcretematerial，whichisdevelopedbasedoncement—basedgroutingmateria1．TheuseofNSCCalongwiththetraditionalenlargingsectionsmethodandthetechniqueofpumpingfillinginstorey，isreliableandconvenient．Italsobringslesscross-sectionincrease．Therefore，theNSCCisparticularsuitableforstrengtheningstructuresbeingdestroyedinseismicproneareas．Basedontheprevioustestsandtheoreticalanalyses，thedesignmethodsforRCcolumnsstrengthenedwiththeNSCCunderdifferentstrengtheningconditionswereproposed，includingonesidestrengthening，three—sidestrengthening，andfour-sidestrengthening，foraxialcompressingeccentriccompressingcolumns，respectively．Theresultsobtainedinthispaperareofgreatvaluesfortheguidanceofstructuralstrengthening．Keywordsnewself-compactingconcrete，RCcolumn，strengtheningwithenlargingsectionmethod，designmethod结构震害往往是由于柱的破坏而产生的，对RC1引言框架柱的抗震加固就显得尤为重要。对于钢筋混凝土结构加固，传统加大截面方目前，我国已建房屋中就有大量房屋需要加法最为可靠，但由于加固后截面尺寸大，施工麻固处理；且我国是地震多发国，历次地震后房屋都烦，这一传统方法的应用受到限制J。新型自密层有损伤产生。为尽快恢复地震灾区正常的生实加固混凝土是在现有水泥基灌浆料基础上开发活、生产秩序，灾后结构的快速评定和快捷加固修出的加固用的新型混凝土材料，目前缺乏足够的复亟待进行。对混凝土框架等房屋结构来说，理论研究。本课题组前期对其进行了一系列力学钢筋混凝土(简称RC)柱是主要的抗侧力构件，性能和施工性能试验，得到了该材料的抗压、抗收稿日期：2013—07-29基金项目：国家科技支撑计划课题(2OO9BAJ28BO2)联系作者，Email：kexuhu@tongji．edu．cn ·设计方法研究··l9·结构工程师第30卷第2期剪、抗折强度和黏结性能等数据，为进一步分析该N≤0．9(1A1+141+OL。厂c2A2+2A：2)材料加固混凝土结构提供了理论准备。与普通混(1)凝土相比，新型自密实加固混凝土的应力应变关式中，Ⅳ为构件加固后轴压力设计值；为钢筋混系基本不变，且具有自密实、自流平、微膨胀、不离凝土构件的稳定系数；为钢筋强度利用系数，析、高黏结、早期强度发展快、后期强度可控制等取0．8；为新增混凝土强度利用系数，取0．8；性能，将其与加大截面加固法相结合，再采用层内：为新、旧混凝土轴心抗压强度设计值；A，A泵送灌注技术形成的新材料和新工艺加固技术，为新、旧混凝土截面面积为原构件受压钢筋抗具有明显的工程优势，施工简便，经济性强，加固压强度设计值为新增受压钢筋抗压强度设计速度快，适用范围广，加固效果可靠。且与传值；为原构件受压钢筋的截面面积；A为新增统的加大截面加固相比，由于截面加大尺寸小，基受压钢筋的截面面积。本不影响室内使用和室外装修，更易被接受。传统的加大截面加固方法是将加固材料和原结构材料作为同一材料进行设计计算的。由于两种材料的性能差异，这种方法并不尽合理。本文结合课题组前期的试验研究和理论分析，将新型自密实混凝土和原结构混凝土作为两种不同材料的结合，考虑了单面、三面和四面加固不同的加固方法，并针对轴心受压、大偏心受压和小偏心受压不同受力情况，建立了一整套加固柱的承载力计算方法，形成新型自密实混凝土加固混凝土结构柱的设计方法，并将公式计算结果与前期试验图1轴压构件加大截面加固Fig．1Strengtheningwithenlargingsectionofaxiallyloaded结果进行了对比。compressionmembers2新型材料加固RC柱的设计方法2．3大偏心受压柱计算方法2．1计算基本假定大偏心受压柱加固分为图2一图6五种计算加固构件的承载力与新、旧两部分的应力差1●●●●工●●●况●：单●●●面●●受●●压●一区加固、单面受拉区加固、三面受或应变差直接相关，与原结构的极限变形值有关，压区加固、三面受拉区加固和四面加固。与两部分材料的应力一应变关系有关。从理论上讲，只要这些关系确定，加固结构的承载能力就可用分析的方法求解。为使分析简化，参照《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)L83规定，加固结构截面承载力，可按下列基本假定进行计算分析：(1)截面变形保持为平面，符合平截面假定。(2)不考虑混凝土的抗拉强度。(3)加固结构承载能力的极限状态，是以截面变形达下列情况之一时出现：①原混凝土或新图2单面受压区加固加混凝土压应变达混凝土极限变形值∞或；Fig．2Single—sidedstrengtheningmethodOilcompressionside②原钢筋或新加钢筋拉应变达钢筋的极限变形2．3．1单面加固受压区suO如图2所示，其正截面承载力应符合下列2．2轴心受压柱计算方法规定：(1)当≥△+时轴心受压柱采用四面加固(图1)，其正截面承载力应满足下式： StructuralEngineersVo1．30，No．2·20·StudyofDesignMethodⅣe≤ba(h。一)+6(一△)(h。一A一)+2A(h02一)+A(h02一△一。)(3)(2)当△<A+时规定：N≤O／2(bA+2△)+l6(一△)(1)当≥△+时+2A+1A：1N≤。2(6△+2△)+6(一△)一A2一tA(15)：+A；2+1：l—A2一lA．(27)≤：6△一)2+2△(k一手)≤6△(一拿)一△)(一△一)+。2△一手)+2A2(ho2一2)一△)(—A一)+1A1(ho2一△一1)(16)+242(ho一)(2)当△<<△+时+l(ho2一A一：)(28)N≤OL2(6△+2△)+16(一△)(2)当△<<△+1时+A一zAz一At(17)Ⅳ≤O／2(6△+2△)+l6(一△)，ve≤f~2bA(h)+2A：2一As2一lA(29)△(一号)≤：6△(一拿)一△)(一△一)+△(一詈)+2A2(ho2一：2)(18)+一△)(一△一)(3)当≤△时+22(h02一)(30)AA(19)(3)当≤△时一一()一／V≤2(b+2△)+2A一Ne≤(6+2a)(∞一号)2A2一A(31)+242(ho2一2)(20)Ne≤2(6+2a)(h02一÷)其中，混凝土受压区高度应符合下列条件：+2a；2(h02一2)(32)≤bho2(21)其中，混凝土受压区高度应符合下列条件：≥22(22)≤b02(33)2．3．4三面加固受拉区≥2：2(34)如图5所示，其正截面承载力应符合下列规定：当按上述公式算得的加固后混凝土受压区高Ⅳ≤2·2△+16+2A2度与加固前原截面有效高度h之比大于原截面相对界限受压区高度∞时，应考虑原纵向受拉+一_v2A一A(23)钢筋应力尚达不到的情况。此时，应将上Ne(：·2△+6)(h。：一等)述公式中的改为并重新进行验算。验算 StructuralEngineersVo1．30，No．2StudyofDesignMethod时，值可按下式确定：：(、一1，E≤(35)若算得or-