专利名称：混凝土柱预应力包钢加固法的制作方法
技术领域：
本发明涉及土木建筑学科的结构工程，尤其是混凝土柱预应力包钢加固法。
背景技术：
既有建筑物的检测、鉴定、加固与改造是一个比较新的学科领域，随着我国建筑业和现代科学技术的发展，这门新学科已经引起各方面的重视，并取得异常迅速的发展，今后，这门学科的社会需求将不断增大，进一步显示其重要性和紧迫性。广东乃至全国在大发展时期兴建的大量工程，将陆续进入中、老年期，对这类建筑物的检测、鉴定、加固与改造的需求量极大，这一领域也将逐步成为社会日益重要的专业，因此，现在积极推动这门学科的发展就显得非常必要。既有建筑物的检测鉴定与加固改造，是一个技术难度大的学科。
柱外包钢法是一种常用的柱加固法，它具有方便、快速、对柱截面影响小的优点。普通包钢加固法加固柱时，柱四角的加固角钢上下两端与梁柱节点或基础间须采取一些特别的措施加强连接，以确保角钢能有效的分担结构的后期加载，上部结构通过端节点的连接构造设置直接将荷载传递给角钢，使角钢受力，角钢反向作用给结构一个集中力，混凝土局部受压，可见端点连接的可靠性必须同时满足才能取得加固效果，而工程实践中很难达到预期目的，实际上目前的所谓包钢加固只不过是给柱安装了一个“钢结构套”，对提高结构和构件的安全可靠性可能是有害无益。另外，对普通包钢加固法，尤其是原柱混凝土应力水平很高甚至已接近或达到极限状态的情况下，两种材料不能同时达到应力峰值，这种滞后效应对加固效果的不利影响往往是很严重的，如果原柱在施工时应力过高，变形过大，粘贴的角钢应力有可能始终处于低水平状态，不能充分发挥作用，达不到加固的预定目的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单可行、加固效果好的一种混凝土柱预应力包钢加固法。
本发明的目的是这样实现的一种混凝土柱预应力包钢加固法，该方法包括以下步骤(1)施工准备；(2)表面预处理；(3)安装柱角加固角钢并用夹具固定；(4)加热张拉箍板再焊接固定；(5)角钢与柱间间隙灌注高强粘接材料；(6)检验验收；(7)恢复外装修层。
本发明的方法中，角钢的边长以柱最小边长的1/4～1/6为佳，但不小于50mm。
本发明的方法中，箍板的截面面积以角钢截面面积的30％～60％为佳，但应大于40mm×4mm。箍板的间距应小于10r(r为单根角钢截面的最小回转半径)，并小于350mm。
本发明的方法中，箍板的张拉量满足下述公式张拉量＝{(σcon+σa)÷Es}×L+2a其中σcon为0.9×材料屈服强度，σa取为30MPa，Es为材料料的弹性模量，L为箍板张拉计算长度，2a在无实验数据的情况下取0.05mm。
箍板加热张拉的加热控制温度为加热温度＝张拉量÷(材料热胀系数×箍板张拉计算长度)本发明的方法中，粘接材料可以采用环氧树脂。
本发明的方法与传统的包钢加固法相比，由于钢箍板对角钢的横向拉力作用，是角钢和混凝土之间产生强劲的紧箍效应，角钢与混凝土之间的局部缝隙再灌入环氧树脂等高强粘结材料，因而具有很好的锚固效果，角钢两端与结构间的连接不再需要采取特别的处理措施，上部荷载通过混凝土与角钢之间的粘结力、摩擦力、剪力等面分布力的作用逐渐地传递至角钢，均匀、有效而且可靠；同时，角钢粘贴在柱四角混凝土面上，箍板焊接在角钢上形成围箍，限制了原柱的横向变形，在这点上与箍筋的作用是相同的，同时又由于对箍板施加了预拉力，对混凝土形成一个主动侧向压力，与箍筋的被动侧压力是不一样的，主动侧压力的作用大大提高了混凝土的极限强度和破坏时的延性。本发明利用材料在三轴受压情况下强度和变形性能的改善达到增加构件的承载力，具有不增加柱截面，因而不会影响建筑物室内平面视觉效果；降低了应力滞后效应，更能充分发挥加固材料的强度优势，节省钢材；加固后的结构延性得到提高，有利于结构的抗震，提高建筑物的抗震等级；加固费用低，适合我国材料成本相对较高，人力成本相对较低的国情。
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地描述，但不构成对本发明的任何限制。
如图1所示，本发明的混凝土柱预应力包钢加固法，包括以下步骤施工准备表面预处理安装柱角加固角钢并用夹具固定加热张拉箍板再焊→ →→接固定角钢与柱间间隙灌注高强粘接材料检验验收恢复外装修层；现将各工序分述如下→ →→(1)施工准备认真阅读施工方案及图纸，充分理解设计意图和要求，熟悉施工现场和被加固构件混凝土的实际情况，拟定施工方案和施工计划，对所使用的钢材、灌浆用环氧树脂、机具等作好施工前的准备工作，按设计尺寸、数量切割和加工角钢和箍板，对角钢内表面打磨糙化处理，箍板置于木质台面上轻敲调直。
(2)表面预处理消除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出新鲜混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整；如有裂缝，对裂缝进行灌缝或封闭处理；柱角包钢处混凝土表面应打磨平整，竖向平直，柱角打磨成圆弧状，圆弧半径约为5mm；用钢丝刷打毛混凝土基层使其在表面形成许多细微的孔洞，再将混凝土表面清理干净并保持干燥；用脱脂棉沾丙酮擦拭柱角待包钢面和角钢内表面。
(3)安装柱角加固角钢并用夹具固定将角钢安装在柱角并用卡具夹紧。
(4)加热张箍板再焊接固定用粉笔在角钢上定出全部箍板的焊接固定位置；第一轮焊接施工将所有箍板的其中一端循环交叉地焊接在角钢上；第二轮焊接施工待第一轮焊接的温度恢复正常后，短时内加热箍板到设计温度后，焊接固定箍板的另一端；箍板与角钢采用三面贴角焊缝联结；箍板焊接采用分散、短时的原则进行，每一端的焊接均分为两道进行，先焊接水平焊缝，最后再焊接竖向焊缝，以减轻焊接残余应力的影响。
(5)加固后处理拆除固定夹具，用环氧树脂胶泥将角钢周围封闭，留好排气孔；从底部灌浆孔向角钢内压注环氧树脂胶浆；箍板与柱间空隙中填塞M10水泥砂浆，轻轻振捣密实；柱四周用铁丝网包裹，粉刷M10砂降20～30mm厚形成保护层。
(6)检验与验收在开始施工之前，应确认角钢、箍板等材料的产品合格证、出厂证，各项性能指标应符合相关要求；对各工序隐蔽工程应进行严格的检验与验收，如施工质量不能满足上述条款要求时，应立即采取补救措施或返工；箍板的焊接位置偏差不应大于3mm，焊缝质量应满足钢结构规范的有关要求；角钢与混凝土之间的粘结质量可以用小锤轻轻敲击的方法来判断，总有效粘结面积不应低于95％；当角钢空鼓长度大于5cm时，可采用在角钢上钻孔注浆的方式进行修补；必要时可对角钢、箍板等材料和钢材焊接质量取样送检。
实施例1某厂房中柱截面为400×600mm，配8Φ22+2Φ18纵向钢筋，钢筋截面面积3550mm2，柱从基础顶面至二楼楼面层高为4.5m，最大轴力为3200kN，弯矩为250kN*m，原混凝土实测强度等级为C15。加固材料4∠100×8，截面面积6256mm2，A3钢，抗压强度235N/mm2，短边箍板选用-80×6、截面面积480mm2，长边箍板选用-60×6、截面面积360mm2，16Mn钢，强度295N/mm2，间距250mm，经过计算得长边箍板的加热温度为131℃，短边的加热温度为136℃。施工凿除柱角压酥的混凝土，用砂轮将柱面打磨平整，除去粉尘并用丙酮搽洗柱面，用环氧胶泥补平柱角，柱角修圆；用夹具将角钢夹紧在柱角上，每米设置一付夹具，双向夹紧固定，将箍板一端焊接在角钢上，对箍板加热，采用红外测温器测量箍板温度，平均温度达到预定值后，焊接箍板另一端，箍板施焊必须分区分段由中间向柱两端进行，箍板冷却后灌注环氧树脂浆料。
实施例2某宿舍楼经检测发现首层柱混凝土抗压强度偏低，未达到设计要求，结构复核表明部分柱砼强度过低，其原柱资料为中柱截面为500×600mm，配8Φ25+4Φ20纵向钢筋，钢筋截面面积5183mm2，柱从基础顶面至二楼楼面层高为3.8m，原混凝土实测强度最低为15.6MPa。加固材料4∠80×8，截面面积5100mm2，A3钢，抗压强度235N/mm2，短边箍板选用-60×6、截面面积360mm2长边箍板选用-50×6、截面面积300mm2，16Mn钢，强度295N/mm2，间距250mm，经过计算得长边箍板的加热温度为131℃，短边的加热温度为133℃。施工首先凿去柱子四周墙体及柱原有的批荡及表面的疏松混凝土部分，清水冲洗干净，将角钢用结构胶粘结在柱四个角上，再将优质合金钢箍板的一端焊接在角钢上，待升温达到预定温度后将另一端焊接固定，冷却后箍板产生拉力将角钢拉紧。柱子四角同时分段由低向高逐步进行施工，待结构胶硬化后重新批荡粉刷。
权利要求
1.一种混凝土柱预应力包钢加固法，其特征是该方法包括以下步骤(1)施工准备；(2)表面预处理；(3)安装柱角加固角钢并用夹具固定；(4)加热张拉箍板再焊接固定；(5)角钢与柱间间隙灌注高强粘接材料；(6)检验验收；(7)恢复外装修层。
2.如权利要求1所述的包钢加固法，其特征是角钢的边长为柱最小边长的1/4～1/6，但不小于50mm。
3.如权利要求1所述的包钢加固法，其特征是箍板的截面面积为角钢截面面积的30％～60％，但应大于40mm×4mm。
4.如权利要求1所述的包钢加固法，其特征是箍板的间距小于10r(r为单根角钢截面的最小回转半径)，并小于350mm。
5.如权利要求1所述的包钢加固法，其特征是箍板的张拉量满足下述公式张拉量＝{(σcon+σa)÷Es}×L+2a其中σcon为0.9×材料屈服强度，σa取为30MPa，Es为材料的弹性模量，L为箍板张拉计算长度，2a在无实验数据的情况下取0.05mm。
6.如权利要求1所述的包钢加固法，其特征是箍板加热张拉的加热控制温度为加热温度＝张拉量÷(材料热胀系数×箍板张拉计算长度)
7.如权利要求1所述的包钢加固法，其特征是粘接材料为环氧树脂。
全文摘要
本发明提供了一种混凝土柱预应力包钢加固法，该方法包括以下步骤(1)施工准备；(2)表面预处理；(3)安装柱角加固角钢并用夹具固定；(4)加热张拉箍板再焊接固定；(5)角钢与柱间间隙灌注高强粘接材料；(6)检验验收；(7)恢复外装修层。本发明利用材料在三轴受压情况下强度和变形性能的改善达到增加构件的承载力，具有不增加柱截面，因而不会影响建筑物室内平面视觉效果；降低了应力滞后效应，更能充分发挥加固材料的强度优势，节省钢材；加固后的结构延性得到提高，有利于结构的抗震，提高建筑物的抗震等级；加固费用低的优点，适合对方形轴心受压或小偏心受压的混凝土柱的加固施工。
文档编号E04G23/00GK1546823SQ20031011238
公开日2004年11月17日 申请日期2003年11月28日 优先权日2003年11月28日
发明者韩金田, 周新华, 曹华先, 周茂清, 邓浩, 谢军龙, 郭贱苟, 刘洪波, 陆瑞明, 劳新龙 申请人:广东省建筑科学研究院