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卸荷對加固受壓混凝土結構承載力效果的探討
發布時間：2014-07-15
摘要： 近些年來，隨著經濟建設的迅猛發展，建筑工程科學技術已有了飛速發展。同時，隨著鋼筋混凝土結構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，建筑物改造與病害處理應用越來越廣泛。現就建筑工程加固補強中卸荷對加固受壓混凝土結構承載力影響效果做以分析。關鍵詞： 加固 混凝土 結構承載力 探討
近些年來，隨著經濟建設的迅猛發展，建筑工程科學技術已有了飛速發展。同時，隨著鋼筋混凝土結構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，建筑物改造與病害處理應用越來越廣泛。現就建筑工程加固補強中卸荷對加固受壓混凝土結構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變值εc1，新增部分鋼筋及混凝土隨后才參與受力。當原柱混凝土應變值由εc1增至峰值應變εc0=0.002時，原混凝土被壓碎，其所承擔的力由新增部分混凝土來承擔，新增部分混凝土應力水平突然增大致使結構破壞。其抗壓極限承載力公式：
Nu=Φ（Ac1fc1+As1fy1+Ac2σc2+As2σs2）—— ①
Φ——軸心受壓構件的穩定系數；
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、鋼筋抗壓強度設計值；
σc2、σs2——新加混凝土、鋼筋壓應力值；
σc2和σs2量值取決于原結構混凝土應變值εc1與混凝土峰值應變εc0的差值Δεc1=εc0-εc1.
根據美國E.Hognestad建議的混凝土應力、應變模型
σc= fc[2×εc/εc0-（εc/εc0）2] （當εc≤εc0時）
= fc[1-（εc/εc0 -1）2]
令新加混凝土強度利用系數
αc=σc2/fc2 =1-（Δεc1/εc0 -1）2=1-[（εc0-εc1 ）/εc0 -1]2
=1-（εc1/εc0）2——②
令原柱混凝土應力水平指標
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
新加鋼筋的應力，當原混凝土應變達到εc0時
σs2=Δεc1ES=（1-εc1/εc0）εc0ES
=（1-β）1/2εc0ES
令新加鋼筋強度利用系數
αs=σs2/ fy2= ESεc0（1-β）1/2/ fy2
= ES（1-β）1/2/ （500×fy2）——⑤
當αs＞1時，鋼筋進入塑性區，取αs=1.
將σc2、σs2回代入式①中得
Nu=Φ（Ac1fc1+As1fy1+αc Ac2 fc2+αs As2 fy2）——⑥
此式即為加固結構軸心受壓承載力的公式。
例：某中心受壓柱，高H=5m，截面500mm×500mm，原結構混凝土強度設計等級C40，共配8Ф18，承受軸向荷載標準值恒載Gk=600KN，活載Qk=2400KN，由于施工質量問題，經檢測結構檢測柱混凝土強度等級為C20，要求對該柱進行加固。
（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
承載力設計值Nu=Φ（Ac1fc1+As1fy1）
=0.98×（9.6×250000+300×2036）/1000
=2950.6KN
軸向力設計值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
原柱應力水平指標
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，加固結構工程中新加混凝土部分，因其應力、應變滯后而不能充分發揮其效能，尤其是當原結構混凝土應力、應變值較高時，對于受壓構件往往原混凝土已達極限狀態，后加部分基本不起作用，致使
達不到加固的效果。反之，加固時若對原結構進行卸荷，尤其當原結構工作應力值較高時，由于應力、應變滯后現象得以緩和，新加部分承載力得以更好利用，不僅加固效果較好，而且也節約不少材料。
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