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卸荷對加固受壓混凝土結(jié)構(gòu)承載力效果的探討
2009-09-28 
 近些年來,隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展,建筑工程科學(xué)技術(shù)已有了飛速發(fā)展。同時,隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固理論研究方面的不斷深入,各種新型建筑材料不斷涌現(xiàn),建筑物改造與病害處理應(yīng)用越來越廣泛?,F(xiàn)就建筑工程加固補強中卸荷對加固受壓混凝土結(jié)構(gòu)承載力影響效果做以分析。

  在軸向荷載作用下中心受壓柱,原有鋼筋混凝土已有應(yīng)變值εc1,新增部分鋼筋及混凝土隨后才參與受力。當(dāng)原柱混凝土應(yīng)變值由εc1增至峰值應(yīng)變εc0=0.002時,原混凝土被壓碎,其所承擔(dān)的力由新增部分混凝土來承擔(dān),新增部分混凝土應(yīng)力水平突然增大致使結(jié)構(gòu)破壞。其抗壓極限承載力公式:

Nu=Φ(Ac1fc1+As1fy1+Ac2σc2+As2σs2)------------------ ①

  Φ---------軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù);

  Ac1、Ac2-----原柱及新加混凝土截面面積;

  As1、As2-----原柱及新加鋼筋截面面積;

  fc1、fy1-----原柱混凝土、鋼筋抗壓強度設(shè)計值;

  σc2、σs2---新加混凝土、鋼筋壓應(yīng)力值;

  σc2和σs2量值取決于原結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)變值εc1與混凝土峰值應(yīng)變εc0的差值Δεc1=εc0-εc1。

  根據(jù)美國E.Hognestad建議的混凝土應(yīng)力、應(yīng)變模型

σc= fc[2×εc/εc0-(εc/εc0)2] (當(dāng)εc≤εc0時)

= fc[1-(εc/εc0 -1)2]

  令新加混凝土強度利用系數(shù)

αc=σc2/fc2 =1-(Δεc1/εc0 -1)2=1-[(εc0-εc1 )/εc0 -1]2

=1-(εc1/εc0)2--------------------------------②

  令原柱混凝土應(yīng)力水平指標(biāo)

β=σc1/ fc1=N1K/ (Ac1×fck1)= 1-(εc1/εc0 -1)2

  解之得εc1/εc0 =1-(1-β)1/2----------------------③

  將③回代入②中

αc=1-[1-(1-β)1/2]2

= 2×(1-β)1/2+β-1-------------------------④

  新加鋼筋的應(yīng)力,當(dāng)原混凝土應(yīng)變達(dá)到εc0時

σs2=Δεc1ES=(1-εc1/εc0)εc0ES

=(1-β)1/2εc0ES

  令新加鋼筋強度利用系數(shù)

αs=σs2/ fy2= ESεc0(1-β)1/2/ fy2

= ES(1-β)1/2/ (500×fy2)-------------------⑤

  當(dāng)αs>1時,鋼筋進(jìn)入塑性區(qū),取αs=1。

  將σc2、σs2回代入式①中得

Nu=Φ(Ac1fc1+As1fy1+αc Ac2 fc2+αs As2 fy2)------------⑥

  此式即為加固結(jié)構(gòu)軸心受壓承載力的公式。

  例:某中心受壓柱,高H=5m,截面500mm×500mm,原結(jié)構(gòu)混凝土強度設(shè)計等級C40,共配8Ф18,承受軸向荷載標(biāo)準(zhǔn)值恒載Gk=600KN,活載Qk=2400KN,由于施工質(zhì)量問題,經(jīng)檢測結(jié)構(gòu)檢測柱混凝土強度等級為C20,要求對該柱進(jìn)行加固。

(1)原柱承載力驗算

C20 fc1=9.6N/mm2, fck1=13.4N/ mm2

HRB335鋼筋 fy1=300 N/ mm2 , ES=2.0×105 N/ mm2

L0=5m, L0/b=5000/500=10 , Φ=0.98

Ac1=500×500=250000mm2

As1=2036 mm2

  承載力設(shè)計值Nu=Φ(Ac1fc1+As1fy1)

=0.98×(9.6×250000+300×2036)/1000

=2950.6KN

  軸向力設(shè)計值N1=1.2×Gk+1.4×Qk

=1.2×600+1.4×2400

=4080KN

  因為Nu<N1,所以承載力不滿足,必須加固處理。

(2)在不卸載情況下加固柱驗算

采用混凝土圍套加固,每邊增厚80mm,混凝土等級C30,加配8Ф16鋼筋。

C30 fc2=14.3N/mm2; HRB335鋼筋 fy2=300 N/ mm2 ;

Ac2=660×660-250000=185600mm2

As2=1608 mm2

G2k=25×185600×5000×10-9=23.2KN

原柱應(yīng)力水平指標(biāo)

β= N1K/ (Ac1×fck1)=(600+2400)×103/(250000×13.4)=0.896

αc= 2×(1-β)1/2+β-1=2×(1-0.896)1/2+0.896-1

=0.541

αs= ES(1-β)1/2/ (500×fy2)

=2.0×105×(1-0.896)1/2/(500×300)

=0.43

N=1.2×(600+23.2)+1.4×2400=4107.8KN

L0/b=5000/660=7.58 , Φ=1

Nu=Φ(Ac1fc1+As1fy1+αc Ac2 fc2+αs As2 fy2)

=1×(250000×9.6+2036×300+0.541×185600×14.3+0.43×1608×300)/1000

=4654KN>N

  滿足要求。

(3)在卸去載荷下加固柱驗算

  設(shè)加固前卸除50%的可變荷載,圍套厚度每邊增厚60mm,C25混凝土,配置8Ф14鋼筋。

C25 fc2=11.9N/mm2; HRB335鋼筋 fy2=300 N/ mm2 ;

Ac2=620×620-250000=134400mm2

As2=1231 mm2

G2k=25×134400×5000×10-9=16.8KN

β= N1K/ (Ac1×fck1)=(600+2400×50%)×103/(250000×13.4)=0.537

αc= 2×(1-β)1/2+β-1=2×(1-0.537)1/2+0.537-1 =0.898

αs= ES(1-β)1/2/ (500×fy2)

=2.0×105×(1-0.537)1/2/(500×300)

=0.907

N=1.2×(600+16.8)+1.4×2400=4100KN

L0/b=5000/620=8.06 , Φ≈1

Nu=Φ(Ac1fc1+As1fy1+αc Ac2 fc2+αs As2 fy2)

=1×(250000×9.6+2036×300+0.898×134400×11.9+0.907×1231×300)/1000

=4782KN>N=4100KN

  由此可見,加固結(jié)構(gòu)工程中新加混凝土部分,因其應(yīng)力、應(yīng)變滯后而不能充分發(fā)揮其效能,尤其是當(dāng)原結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)力、應(yīng)變值較高時,對于受壓構(gòu)件往往原混凝土已達(dá)極限狀態(tài),后加部分基本不起作用,致使

  達(dá)不到加固的效果。反之,加固時若對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸荷,尤其當(dāng)原結(jié)構(gòu)工作應(yīng)力值較高時,由于應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象得以緩和,新加部分承載力得以更好利用,不僅加固效果較好,而且也節(jié)約不少材料。

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