08卸载换柱法在框架柱修复加固中的应用.pdf

第 “卷 第 期建筑结构 “ “年 月 卸载换柱法在框架柱修复加固中的应用 徐镇凯张维奇刘光宗 （南昌大学土木工程学院 “ ） ［提要］ 介绍了卸载换柱法在一钢筋混凝土框架柱修复加固中的实例。卸载是框架换柱加固施工的关键， 工 程卸载方案的选用充分利用了结构自身的特点， 采用了多种途径组合卸载的方法， 并在施工过程中对卸载状 况进行了实时监测。加固施工安全、 稳妥， 达到了预期的目的。 ［关键词］ 钢筋混凝土框架柱加固卸载方案施工监测 / 3 . ’ - / 0 7 . 4 6 - . , / 0 1 - ’ 0 8 , 0 8. ’ - / 6 2 0, 0. ’ 3 4 2 ; “ ’ 4 , 0 3 / 4 - 5- / 0 - 4 . ；3 4 2 - / 6 2 0；7 . 4 0 8 . ’ 0 , 0 8；6 0 / 5 , 0 8* 0；- / 0 7 . 4 6 - . , / 0/ A 7 4 B , 0 8 一、 工程概况 江西省某市原火力发电厂主厂房除氧间为C层装 配整体式钢筋混凝土框架结构， 柱顶标高“ D E 2， 在 层设有钢筋混凝土煤斗， 煤斗自重大， 使得受力较为 复杂。 框架共“ “榀， 轴与大跨主厂房相连， 详见图。 图厂房结构示意图 “ 年C月， 业主对该厂房南侧部分相邻旧建筑 物进行拆除改建， 拆除施工采用爆破方法， 在爆破作业 中不慎将需要保留的除氧间轴“交轴钢筋混凝土柱 砸坏， 致使其断裂。经现场调查， 相邻构件基本保持完 好， 破坏柱截面尺寸为C F 22G 22， 层该柱下 端出现C F H斜裂缝， 最宽处达C F 22， 裂缝贯穿全 截面， 见图“， 柱中纵向受力钢筋在裂缝处发生塑性变 形， 产生水平剪切错位， 裂缝截面柱中箍筋被拉断， 该 柱破坏长度约 D E 2， 其余部分未见受损现象。该柱已 丧失了承载能力， 需要进行修复加固。 二、 修复方案 该柱只有长约 D E 2柱 段发生断裂， 最好是只对此 段的柱进行修复加固， 使修 复后该柱承载力不低于原 设计要求。综合考虑， 选用 了卸载换柱加固方案， 实施 该方案时要求拆除和浇筑 断裂柱段时该柱段不承受 任何荷载， 方案的关键在于 要将该柱断裂部分以上的 全部荷载卸至相邻结构上， 确保施工过程安全、 可靠。经计算， 该柱承受现有荷载 共计约“ I， 其中两煤斗自重设计值超过 I。 经对多个卸载方法进行仔细分析研究， 最后拟定在断 裂柱上、 下段各设一钢包套， 钢包套用“ 22厚J “ F K 钢制作， 长度E 22， 钢包套上分别设钢牛腿， 钢牛腿 挑出宽度“ E 22， 采用C根 ［“ “ 槽钢小柱， 支承于下 端钢包套牛腿上， 将破坏柱段上部荷载通过四根槽钢 小柱卸至破坏柱段下端， 每个钢包套各设三个圆钢销 （直径为L F 22） ， 将槽钢小柱传给钢包套的荷载传给 混凝土柱， 圆钢销按等腰三角形布置， 其等腰三角形高 为C 22， 底边长为L 22， 详见图。经验算， 该方 法的合理卸载能力约为 I， 尚不能完全满足卸载 图“柱破坏外观示意图 要求。此时， 如若能将煤斗 自重荷载 I通过其它 途径卸荷， 则可满足总体卸 载要求。 由于 厂 房 原 设 计 图 纸 保存不 全， 缺 乏 必 要 资 料， 据现存资料难以判断煤斗 与其支承梁的支承关系， 因 此对现场煤斗进行了仔细的勘查。通过勘查基本可以 判定， 煤斗与其支承梁的关系可以近似认为是铰支关 系， 分别支承在相应的轴“间主梁上。 为了将轴柱上煤斗荷载卸下， 在煤斗底端设置 钢拉杆， 钢拉杆用 ［ M 槽钢， 制成矩形水平框架， 两端 分别套住煤斗端口， 与煤斗口原有预埋铁件焊接， 并将 两侧煤斗口拉紧， 使煤斗在轴原标高“ “ D F 2处的 “ 图断裂柱修复图图“煤斗下端水平框架平面 图钢桁架、 钢拉杆平面 支承和梁产生上翘趋势， 卸去轴梁上煤斗的部分荷 载， 由轴“， “框架柱承受煤斗荷载。 为了达到全部卸载的目的， 在煤斗底部又分别设 置了钢构架， 钢构架设在煤斗口下方， 直接托承住煤 斗， 并将两煤差别 向上顶紧， 这样也可将煤斗的部分 自重卸至位于标高 ’ 框架梁上。两种卸载方法 联合作用， 可以可靠地达到卸载的目的。 当煤斗卸载发生意外， 即煤斗向下产生竖向位移 时， 也能支承住煤斗， 将煤斗荷载传递给破坏柱段以下 完好的框架梁。钢构架由两榀桁架组合而成， 设于煤 斗口下 （其平立面布置见图） 。桁架上、 下弦用 ［ * 槽钢， 腹杆全部采用 ’ ’ ’ ’ ’角钢制作。钢构 架设在煤斗口下方， 直接承托住煤斗。两条措施并用， 费用并不高， 却能够起到双保险的作用。 三、 施工监测 该加固方案的换柱施工非常简单， 在卸载构件制 作安装后， 只需将断裂柱段混凝土拆除， 加焊钢筋并重 新浇筑混凝土即可。而卸载是否按加固方案的预期进 行关系到加固施工的成败， 因此对施工时卸载过程中 荷载的传递过程进行了监控。 在加固方案的设计中， 除各构件截面取用了较低 的容许应力外， 还对卸载型钢小柱、 煤斗卸载拉杆和煤 斗卸载桁架在卸载过程中的控制截面的应力进行了计 算， 如计算了预计卸载过程中槽钢小柱的应力、 钢拉杆 的应力、 钢构架下弦的应力。计算中组合卸载考虑了 三种情况， 即 型钢小柱和钢拉杆卸载； 型钢小柱和桁 架卸载； 型钢小柱和钢拉杆、 桁架共同卸载。然后在断 裂柱段的拆除过程中对型钢小柱、 煤斗卸载拉杆和煤 斗卸载桁架的控制截面通过应变片进行了应力应变监 测， 及时把握荷载的实际卸载， 以免发生意外。 监测结果表明， 各监测的控制截面应变均在设计 控制的正常范围之内， 卸载过程基本上符合加固设计 的预计， 槽钢小柱和钢拉杆在卸载中起主要作用， 整个 加固过程圆满完成。卸载构件预计应力、 应变与实测 数据见表。 计算与实测应力、 应变对照表表 构件名称 计 算 值实 测 值 可能最大应力 （,- .） 可能最大应变 最大应力 （,- .） 最大应变 槽钢柱 /0“ 1 / ’0“1 / 0 / ’0“ 钢拉杆 “ ’ ’0“ “ ’0“ 钢构架下弦 1 ’0“ 11 2 2 ’0 四、 结语 （） 加固方案采用的卸载方法充分利用了结构自 身的特点， 断裂柱段修复加固施工后恢复了原貌， 而且 对相邻结构影响不大， 满足了建筑物的使用要求， 取得 了良好的效果。 （） 工程加固经常遇到需要卸载的情况， 卸载的方 法有很多， 能充分利用结构自身的特点设计卸载方法， 会取得多、 快、 好、 省的效果。 （） 工程加固施工的适时监测， 是施工安全的重要 保证。 参考文献 混凝结构加固技术规范 （3 4 3 5 ’）6中国计划出版社， “ “ “ “ 6 全国注册工程师管理委员会 （结构） 声明 最近发现个别高校老师未经全国注册工 程师管理委员会 （结构） 批准， 擅自将全国一、 二 级注册结构工程师 ’ ’ 年度试题以各种方式 公开出版或刊登， 我们认为这种行为违反了国 家人事部考后试题管理的有关规定， 并侵犯了 全国注册结构工程师考试专家组的知识产权。 今后任何个人或单位组织未经全国注册工程 师管理委员会 （结构） 批准， 不得以任何形式公 开印刷出版考后试题， 否则全国注册工程师管 理委员会 （结构） 秘书处将追究有关当事人的 法律和经济责任。特此声明。 二〇〇二年十一月十二日