卸荷对加固受压混凝土结构承载力效果的探讨

摘要： 近些年来，随着经济建设的迅猛发展，建筑工程科学技术已有了飞速发展。同时，随着钢筋混凝土结构加固理论研究方面的不断深入，各种新型建筑材料不断涌现，建筑物改造与病害处理应用越来越广泛。现就建筑工程加固补强中卸荷对加固受压混凝土结构承载力影响效果做以分析。　　关键词： 加固 混凝土 结构承载力 探讨　　近些年来，随着经济建设的迅猛发展，建筑工程科学技术已有了飞速发展。同时，随着钢筋混凝土结构加固理论研究方面的不断深入，各种新型建筑材料不断涌现，建筑物改造与病害处理应用越来越广泛。现就建筑工程加固补强中卸荷对加固受压混凝土结构承载力影响效果做以分析。　　在轴向荷载作用下中心受压柱，原有钢筋混凝土已有应变值εc1，新增部分钢筋及混凝土随后才参与受力。当原柱混凝土应变值由εc1增至峰值应变εc0=0.002时，原混凝土被压碎，其所承担的力由新增部分混凝土来承担，新增部分混凝土应力水平突然增大致使结构破坏。其抗压极限承载力公式：　　Nu=Φ（Ac1fc1+As1fy1+Ac2σc2+As2σs2）—— ①　　Φ——轴心受压构件的稳定系数；　　Ac1、Ac2——原柱及新加混凝土截面面积；　　As1、As2——原柱及新加钢筋截面面积；　　fc1、fy1——原柱混凝土、钢筋抗压强度设计值；　　σc2、σs2——新加混凝土、钢筋压应力值；　　σc2和σs2量值取决于原结构混凝土应变值εc1与混凝土峰值应变εc0的差值Δεc1=εc0-εc1.　　根据美国E.Hognestad建议的混凝土应力、应变模型　　σc= fc[2×εc/εc0-（εc/εc0）2]   （当εc≤εc0时）　　= fc[1-（εc/εc0 -1）2]　　令新加混凝土强度利用系数　　αc=σc2/fc2 =1-（Δεc1/εc0 -1）2=1-[（εc0-εc1 ）/εc0 -1]2　　=1-（εc1/εc0）2——②　　令原柱混凝土应力水平指标　　β=σc1/ fc1=N1K/ （Ac1×fck1）= 1-（εc1/εc0 -1）2　　解之得εc1/εc0 =1-（1-β）1/2——③　　将③回代入②中　　αc=1-[1-（1-β）1/2]2　　= 2×（1-β）1/2+β-1——④　　新加钢筋的应力，当原混凝土应变达到εc0时　　σs2=Δεc1ES=（1-εc1/εc0）εc0ES　　=（1-β）1/2εc0ES　　令新加钢筋强度利用系数　　αs=σs2/ fy2= ESεc0（1-β）1/2/ fy2　　= ES（1-β）1/2/ （500×fy2）——⑤　　当αs＞1时，钢筋进入塑性区，取αs=1.　　将σc2、σs2回代入式①中得　　Nu=Φ（Ac1fc1+As1fy1+αc Ac2 fc2+αs As2 fy2）——⑥　　此式即为加固结构轴心受压承载力的公式。　　例：某中心受压柱，高H=5m，截面500mm×500mm，原结构混凝土强度设计等级C40，共配8Ф18，承受轴向荷载标准值恒载Gk=600KN，活载Qk=2400KN，由于施工质量问题，经检测结构检测柱混凝土强度等级为C20，要求对该柱进行加固。　　（1）原柱承载力验算　　C20 fc1=9.6N/mm2， fck1=13.4N/ mm2　　HRB335钢筋  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　　承载力设计值Nu=Φ（Ac1fc1+As1fy1）　　=0.98×（9.6×250000+300×2036）/1000　　=2950.6KN　　轴向力设计值N1=1.2×Gk+1.4×Qk　　=1.2×600+1.4×2400　　=4080KN　　因为Nu＜N1，所以承载力不满足，必须加固处理。　　（2）在不卸载情况下加固柱验算　　采用混凝土围套加固，每边增厚80mm，混凝土等级C30，加配8Ф16钢筋。　　C30  fc2=14.3N/mm2； HRB335钢筋  fy2=300 N/ mm2 ；　　Ac2=660×660-250000=185600mm2　　As2=1608 mm2　　G2k=25×185600×5000×10-9=23.2KN　　原柱应力水平指标　　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　　满足要求。　　（3）在卸去载荷下加固柱验算　　设加固前卸除50%的可变荷载，围套厚度每边增厚60mm，C25混凝土，配置8Ф14钢筋。　　C25 fc2=11.9N/mm2； HRB335钢筋  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　　由此可见，加固结构工程中新加混凝土部分，因其应力、应变滞后而不能充分发挥其效能，尤其是当原结构混凝土应力、应变值较高时，对于受压构件往往原混凝土已达极限状态，后加部分基本不起作用，致使　　达不到加固的效果。反之，加固时若对原结构进行卸荷，尤其当原结构工作应力值较高时，由于应力、应变滞后现象得以缓和，新加部分承载力得以更好利用，不仅加固效果较好，而且也节约不少材料。