技術分享-柱子的預應力加固法
瀏覽量：2423 發布時間：2020.03.02柱子的預應力加固法
概述
柱子預應力加固法，是指在加固柱子過程中， 對加固用的撐桿施加預頂升力，以期達到卸除原柱 承受的部分外力，減少撐桿的應力滯后，充分發揮 其加固作用的一種方法。這種方法常用于應力較高 或變形較大而外荷載又較難卸除以及損壞較嚴重的 柱子。
對撐桿施加預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，應采用對稱雙面預應 力撐桿加固；對于偏心受壓柱，一般僅需對受壓邊 用預應力撐桿加固，而受拉邊多釆用非預應力法加 固。
釆用預應力撐桿加固柱子時應對加固后的柱子 進行承戟力計算和撐桿施工時的穩定性驗算。
3.5.2加固柱的承載力計算
1. 軸心受壓柱當采用對稱雙面預應力撐桿加固軸心受壓柱時，加固后柱的受壓承載力可按下式計算：
NWWAefe 十 A：￡）+伽（3-34> 式中：
At——原柱的混凝土截面面積，當原柱為鋼柱時，A° = 0；
X、——原混廃土柱中的受壓縱筋總截面面積；當原柱為鋼柱時，A：表示鋼柱的截面 面積；
/；——原混凝土柱中的縱筋抗壓強度設計值，當原柱為鋼柱時，￡表示銅柱的抗壓 強度設計值；
A；——預應力撐桿的總截面面積；
僅——鋼撐桿的受壓強度設計值；
g——撐籽與原柱的協同工作系數（取0.9）；
啊一撐桿構架的穩定系數。
撐桿和綴板的設計按《鋼結構設計規范》（GBJ17-88）進行。
（1） 偏心受壓鋼柱。用預應力法加固偏心受壓鋼柱時，由于對補強鋼柱施加了預應力， 卸除了原柱承?受的部分荷載，減少了補強鋼柱的應力滯后現象，所以，預應力加固鋼柱的剛 度較大。它與非預應力法加固鋼柱相比，預應力加固柱上支撐點的豎向變位較小。若加固柱 與原柱間的連接可靠，能保證其共同變形時，則可按整體鋼柱進行計算，否則，應按新、舊 柱獨立工作予以考慮。新、舊柱答肖承受的外力按它們的剛度比進行分配。
預應力鋼撐桿應設置在原柱的受壓邊。兩柱間宜采用朝接或螺栓連接，以減小因焊接而 引起的預應力損失。
（2） 偏心受壓混凝土柱?同偏心受壓鋼柱一樣，預應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，即大偏心受壓轉變為小偏心受 壓。
用預應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算：
NWM = — b,A,十 0.85/；/， （3-35）
Ne《Mu = fs'bxQig — —■） + ￡A； （h0l 一 a：）十 0. 85/^.4；（棚—a'?）a （3-36）
式中：Nu, Mu 一 分別為加固柱的受壓承載力設計值和受彎承載力設計值；
A；, fn——分別為預應力鋼撐桿的截面面積和抗壓強度設計值；
q ―原柱中受拉縱筋的應力；小偏心受壓時按式（3-9）計算，大偏心受壓時，取 為
0.85 ——鋼撐桿受壓強度折減系數；
a；——鋼撐桿合力點至原柱受壓邊緣的距離。
當為小偏心受壓柱時，直接聯解式（3-35）和（3-36）較為困難，因此，一般釆用試算法。即 首先根據構造確定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預應力控制值及頂升計算
通常，撐桿在施加預應力的過程中尚未形成格構式結構，各肢桿處于獨立工作狀態，其長細比大，穩定性較差。因此，不論是對軸心受壓柱還是對偏心受壓柱，施工時都應控制施 加的預應力值，以不使撐桿失穩。由此規定：
% W啊腐已。 <3-37)式中；丄——施工時的預應力控制值(宜控制在50?80 N/mn?)；
阻——受壓肢桿的穩定系數。當采用橫向收緊(校直)法時，其計算長度取受壓肢 桿全長的一半，長細比不得小于120；當釆用縱向壓縮(頂升)諸時，其穩定 系數以撐桿全長按格構壓桿計算，
A——經驗系數(取0.75)。
當釆用千斤頂、楔子等方法對撐桿進行縱向壓縮頂升時，頂升量山可按下式計算；
&L = I ? a'MPtEQ + a。 (3-38)式中：E，——鋼撐桿的彈性模量；
制應力) '
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 ——經驗系數(取0.9)。
隨著頂升量尊的增大，撐桿應力增加，原柱應力減小。由于頂撐 點處梁的向上變位較小，故式(3-38)不計入此變值量。 1 一
當釆用橫向張拉(即收緊)的辦法使撐桿縱向產生預應力時 ［、 ：?
〈如圖3-24所示)，橫向張拉量AH按下式計算， I \ '
I 1△H =號/<,/(國E.)+a。 (3-39) a// * 臂.
彎折撐桿肢時，宜將肢桿中點處的橫向彎折量取為(AH+3) mm 施工中只減小AH,以確保撐桿處于預壓狀態.
3. 5.4構造要求
采用預應力法加固柱時應符合以下構造要求：
(1) 預應力撐桿的角鋼截面不應小于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保證單個角 鋼的長細比不太于4皿
(2) 撐桿末端的傳力應可靠。圖3-25示岀了末端的構造做法。圖
中的傳力角鋼最后被焊接在預應力撐桿的末端，且其截面不得小于1_ 100X75X12。在預應 力撐桿的外側'，還應加焊一塊厚度不小于16 mm的傳力頂板予以加強。
(3) 當釆用橫向收緊法時，應將預應力撐桿在中部對稱地向外彎折，并在彎折處用拉緊 螺栓建立預應力〔如圖3-26 (a)所示單側加固的撐桿只有一個壓桿肢，仍在中點處彎 折，并采用螺栓進行橫向張拉〔如圖3-27 (a), (b)所示K
(4) 在彎折壓桿肢前，需在角鋼的側立肢上切出三角形缺口，角鋼截面因此被削弱，應 在角鋼正平肢上補焊鋼板予以加強〔如圖3-27 (c)所示
(5) 拉緊螺栓的直徑應大于或等于16 mm,其螺帽高度不應小于螺桿直徑的1.5倍。
(6>在焊接圖3-26及圖3-27中的連接綴板時， 應采用上下輪流點焊的方法，以防止因施焊受熱而損 失預壓應力。
3. 5.5計算實例.
例3-3某鋼筋混凝土平臺柱，其寬和高(6XA) ^7 300 mm X 400 mm,柱的計算長度Z° = 3m,混凝 土為C20,配置H級鋼筋，A, = A；=763 mm2,承受 設計軸向壓力410 kN,設計彎矩120 kN - m。現因 又增加?一臺設備，增加設計軸向力左N=130kN,設 計彎矩△M=30kN?m,試進行加固設計。
