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1、新旧混凝土构件节点加固 前言新旧构件连接的特点加固技术最基本的机理和概念现行的节点加固的方法有哪些 现行改造中新老构件的节点处理及实例 前言 我国钢筋混凝土结构的建筑大量兴起于二十世纪九十年代 目前已成为城市建筑的主要建筑群体组成 然而随着时间的推移 多数建筑的空间 功能的划分已经不能满足人们的使用要求 因而大量的改造工程摆放到我们面前 直到目前为止也没有合适的计算软件能够模拟改造工程的真实情况 因此通过怎样的施工处理措施既使施工简单又能符合结构计算模型的假定 已经是建筑工程人员不得不面对的问题 对于建筑内部大跨度洞口封堵 楼板上开洞或扩大洞口或加设墙 设备等 例如自动扶梯洞口加大 加设电梯井
2、 这过程最常遇到的是新加设构件 新增梁与原结构梁 柱连接节点的处理措施则更凸显关键 新旧构件连接的特点 新加设构件 要求施工完成后成为整体结构的一部分 共同承担结构的受力要求 这就要求新加设构件不仅构件自身须满足承受荷载下的承载力要求 而且还须满足与原结构有可靠的传力及共同作用的要求 自身承载力要求可以通过计算来满足 而与原结构的可靠连接和共同作用则须要求垂直力和水平力有可靠的传递 即梁端弯矩 剪力 轴向力的可靠传递 由于新旧砼之间存在结构面 结合面砼的粘结强度一般远低于砼本身强度 因此结合面成为新旧砼连接的薄弱部位 连接处于梁端或柱端 弯矩大 钢筋受力大且钢筋连接集中于原有构件一侧 难以错开
3、连接 较难满足规范规定 故钢筋连接位置不利 此外 节点处梁 柱相交的状态不同 其节点受力的分布也不一样 如何确保结构面能有效传力 也就成为新加构件设计的关键 加固技术最基本的机理和概念 新增加的构件及材料通过粘结 嵌人 植入 注人 围包 焊接 覆盖 喷射 预应力等技术手段与原主体结构紧密结合 形成新的整体共同工作 从而达到补强加固 增设构件以及改变受力的目的 使新增荷载有效的传递到复合构件上 从而经受使用 环境和时间带来的考验 现行主要的节点加固方法 日本在节点加固的问题上使用了一种新方法 它是沿柱的外侧加设混凝土层 加固层在节点处贯穿钢板 通过节点一定距离后加固层才断开 在混凝土加固层里面配
4、有钢板 钢板要在新浇注的混凝土内部锚固好 使它们具有很强的整体性 1 加大截面加固法2 粘钢加固法3 碳纤维加固法4 外包钢加固法 即新增梁与原结构框架柱的节点处理 该处节点的受力特点是剪力大 负弯矩拉力大 为了提高混凝土支座处抗剪承载力采取以下措施 相交界面凿毛 刷界面剂 增强新旧混凝土粘结力 在节点处加腋 加筋 以此来提高抗剪承载力承担剪力的多少由计算得出 如果梁底部钢筋较多 则尽可能多弯起一些 通过弯起筋承担的拉力起到抗剪作用 梁 柱节点 梁 梁节点 即新增梁与原结构混凝土梁连接的节点该节点承受的主要内力是负弯矩和剪力 根据节点受力特点及受力原理 采用如下方式进行加固处理 来解决节点的可
5、靠性 新增梁纵向受力钢筋的锚固长度必须按照规范计算满足计算要求 新老混凝土截面处理满足节点可靠的抗剪性能 如果这两点不能很好的解决 那么可以说加固改造是失败的 设计新加设梁的几种方法 1 上翻梁法 当使用上允许新加设梁能上翻 如图一所示 新加梁两端搁置在原结构梁上 按两端简支设计 原结构梁只须凿出宽为新加梁梁宽 高为楼板厚度的槽 优点 在垂直力方向传递可靠简洁 对原结构损伤小 施工简便 缺点 当使用上不允许梁上翻时无法采用该方法 另外由于与原结构连接仅一个楼板厚度 对水平力传递不利 当处于水平力传递要求较高时 应适当加深与原结构的咬合高度 或在支座两端加L形角钢与原结构锚扫接 2 凿梁法 该方
6、法为在搁置梁上凿出梁位 为减少凿槽厚茺 新加设梁做成变截面形式 如图二所示优点 传力可靠简洁 施工方便 缺点 由于须在原结构梁上凿出相当高度的槽来 对原结构损伤大 因此该方法使用上应该慎重 建议只用于新加梁较小 所搁置的原结构梁较高的情况 3 钢筋穿梁法 新加梁的下部钢筋钻孔穿过原结构梁 上部钢筋穿过原结构梁保护层 上下部钢筋在原结构梁另一侧焊接 焊接在一起的上 下部钢筋穿越了新加梁与原结构梁的结合面 由钢筋所产生的被动剪切 摩擦力提高了结合面抗剪 抗拉能力 如图三所示 设计新梁时 支座可按简支计算 但由于上 下部钢筋焊接一起 但支座介于简支与固端之间的嵌固之座 支座负筋应适当加大 抗剪计算最
7、不利截面在新梁与原结构梁结合面处优点 能有效传递弯矩及水平力 对原结构损伤小 缺点 由于存在旧砼结合面 承受垂直力能力相对较差 施工上须钻孔锚固钢筋并有新旧砼界面处理 相对较复杂 当原结构梁梁宽较厚穿孔无法穿透时无法采用 由于第1 2种方法均有相当的局限性 而该钢筋穿梁法 随着取孔机械的进步 专业取孔施工队伍的普及 对梁宽600以下梁均十分容易 在对结合面施工上采取措施保证后 设计上进行复核计算 使得新加梁与原结构的垂直力和水平力均能有效传递 形成一个整体 该方法对原结构梁损伤较小 因此该方法可以广泛应用于新加梁设计中 4 锚筋法 当原结构梁较宽时 也可将梁下部筋打孔用结构锚固胶直接锚在原结构
8、梁上 锚入深度可根据结构锚固胶的性能而定 但不宜少于10d d为锚筋直径 对上部筋则应与原结构梁上部筋焊接 如图四 由于直接采用结构锚固胶锚固钢筋 因此对结构锚固胶锚固要求高 施工后宜做抗拔试验验收 因此当原结构梁梁宽采用钻孔机械能穿透时 采用钢筋穿梁法将更可靠和经济 此外 还有采用钢筋穿梁法或锚筋法设置钢牛腿或钢筋砼牛腿 在牛腿上再设梁 该方法受力基本与钢筋穿梁法 锚筋法相同 但施工须两次 费用较高 整体性较差 可用于设钢梁等情况 直接植入法 混凝土梁的纵向受力钢筋是以受拉为主 因此新增节点的梁顶 梁底的纵向受力钢筋的植筋深度将至关总要 间接植入法 对于梁顶 当新增梁植筋对应侧有楼板时 适当
9、降低梁顶纵筋标高 以满足植筋深度及所植钢筋周边握裹混凝土的应有厚度 对于梁底采用植筋另加机械连接的方式进行处理 以确保应有的受拉承载力 施工要点 1 凿打过程须用小锺轻凿 不得损坏原结构及钢筋 凿打前相关梁板下应设置支撑 2 新 旧砼接触处对旧砼面有意识地凿成斜面 这不仅增加新旧砼结合处面积 而且能使结合面的剪力部分转为新砼与旧砼本身的剪切 提高了抗剪能力3 新 旧砼接触应对旧砼面凿毛 用钢丝刷清洗干净 并充分湿润24小时 对旧砼面的风化 变质 蜂窝 麻面和酥松部分必须凿除 4 为提高新旧砼结合面的粘结强度 应在结合面涂刷胶结剂 胶结剂可以采用掺铝粉的高强度等级吨水泥浆 铝粉掺量为水泥重量的0
10、 5 10000 0 2 10000 环氧树脂胶 乳胶水泥浆及各种结构胶粘剂 5 为减少新浇梁砼自身收缩 应优先采用普通硅酸盐水泥 不宜用火山灰水泥 并在砼中掺加微膨胀剂 新浇砼强度等级比原结构砼强度提高一级 工程实例 1 核心区梁柱节点加大截面 成都某大厦1层中柱 梁 柱结合处混凝土加固 2 加层节点处理 核心区钢筋密集采用植筋 焊接 围包相结合方法 四川师范大学AT学院教学楼加层 3 十字型柱设置立柱 实例 四川新华书宿舍加层 2020 4 4 22 4 屋面座台 实例 成都世纪城天鹅湖D栋在30层增设阳台 主体为框剪结构 阳台为钢结构 其钢立柱与原主体立柱采用混凝土座台预埋板结合 5 阳
11、台挑梁加固 实例 四川某大学老校区职工宿舍挑梁根部开裂 钻孔后穿入4 22钢筋并锚固 6 将梁筋浇入增设的牛腿中增设电梯帽 实例 成都原汇通大厦 32层 屋顶边梁电梯帽原为方形 为增加效果 将其改为圆形帽 由于植人柱中圆弧太大 故采用在边梁钻孔并穿人 锚固 梁筋后 其端头锚入增设的牛腿中 图中利用封板植入钢筋加固框架梁和封板植筋 7 植筋增加负弯矩承载力 实例 四川国际大厦 钻孔后植入2 25钢筋 C40浇筑至找平层高度 8 粘钢 植筋合二为一增加梁负弯承载力 实例 成都国际会展中心一期 将2 25钢筋焊在钢板上后植入并粘贴钢板 9 利用封板植入钢筋加固框架梁和封板植筋 实例 成都锦城苑封闭原
12、扶梯孔 10 边梁增大负弯承载力粘钢 实例 成都市第二人民医院门诊大楼 11 长沙某供电段汽车库加层工程 新加楼梯间框架梁与原有框架梁 柱连接大样示意图 梁支座负筋与原框架梁支座负筋在支座中间 即在柱内焊接连接 避免了在支座边最大弯矩处连接 同时由于柱的轴向力的存在 也有利于在柱内的连接受力 梁下部筋可与原框架梁的水平弯折筋扳直后焊接 对无法焊接的 采用钻孔后用结构锚固胶进行高效能植筋 对于大部分梁 梁下部筋在支座处处于受压区 采用该方法可满足受力要求 新加板与原有梁连接大样示意图为新加仓库框架梁与原有框架梁连接示意图 由于考虑到仓库部分楼面荷载较大 采用在新加梁下柱加大的办法 解决了由薄弱的
13、新旧结合面承接全部剪力的问题 也使新加梁上下主筋与原钢筋的连接位于构件中间 同时加长了钢筋的锚固长度 对原构件的损坏也较小 图为新加楼梯梁与原有框架梁 柱连接示意图 将钢板与柱筋焊接 并在钢板上加胀锚螺栓 增强联系 将楼梯梁主筋焊于钢牛腿上 钢牛腿同时增强了梁端抗剪能力 新加柱与原柱连接大样示意图 由于梁 柱筋交集 框架节点十分密集 必须凿开柱顶保护层后仔细观察 首先尽量利用可扳起的柱水平钢筋与新加的主筋焊接 当无法利用原柱主筋时 可采用钻孔后用结构锚固胶锚固的办法 考虑到加层柱断面较小 轴向力较小 大部分为大偏心受压柱 柱筋处于受拉区 可在四周另加焊钢板 钢板底与相交的柱 梁筋均焊接 钢板内
14、侧与柱主筋焊接 这样钢板既加强了与上下柱筋的连接 又可使柱筋受力较均匀 同时增强了柱头的抗剪能力 新加板与原有梁连接大样示意图 由于板为非抗震构件 在梁上凿出小缺口后 新旧结合面在梁上 既简单又可靠 下图为新加次梁与原结构梁连接示意图 新加次梁与原结构架互相垂直 新加次梁的上部筋难以锚固 将下部筋穿过梁后在原梁另一侧与上部筋焊接在一起 解决了新加梁上下主筋的锚固问题 12 兰州亚欧商场大跨度洞口封堵 梁 柱节点 根据这一受力要求 应采取以下处理措施 详见图二 在原框架柱上植入新增梁钢筋 严格按照相关规范计算植入深度 植筋前应先定位放线 将梁柱相交界面凿毛露出柱箍筋 然后再避开柱纵筋定位打孔植筋
15、 对于有弯折的钢筋采用先弯后植 梁的受力特点是通过钢筋承担正截面拉力 通过混凝土承担斜截面剪力 拉力通过植筋比较容易保证 但是剪力在新旧混凝土结合面就不那么容易了 因此考虑在节点处采取加强措施 尽可能使实际施工情况和计算模型假定相一致 梁梁节点 在新旧梁相交处 对原混凝土梁进行扩大截面在施工过程中 扩大截面施工和新增梁混凝土浇筑必须同步施工 确保混凝土浇筑的整体性 梁通过该种处理方法可以有效地解决在原有混凝土梁侧面新增梁节点处的抗剪强度要求 总结 1 高性能植筋由于性能好 锚固深度小而得到广泛应用 但有关锚固长度计算 在节点处的抗震性能 验收标准等 还无规范依据 设计人员应根据各种胶的性能及连接处的受力特点进行分析确定 2 由于已有的构件其钢筋排列 间距 弯折等均会与图纸有出入 而设计的新旧连接点均较理论化 必须根据现场实际情况进行处理 3 新 旧钢筋混凝土构件连接处是个薄弱部位 应采取有效措施保证连接可靠 钢筋的连接主要有焊接 钻孔植筋 间接连接等方式 应注重对施工的要求和现场实际处理 根据构件部位 受力情况采取一种或几种方式组合使用 达到连接可靠 施工方便的目的 玉林大世界商城改造图 新增剪力墙与原梁的连接 O O谢谢 2020 4 4 43
