角钢连接的全装配式外附框架加固结构及方法与流程

本发明涉及土木工程抗震加固领域，具体是一种角钢连接的全装配式外附框架加固结构及方法。

背景技术：

附加整体子结构加固就是利用附加整体子结构与原有结构的协同工作，增强原结构的整体抗震能力，或改变原结构的结构体系，进而改善原结构的受力状态和变形模式，从而提高结构的整体抗震性能，是一种结构体系的加固方法。目前的加固方法却大多局限于在构件上对原结构进行加固。无形中对结构抗震加固实践产生一种误导，使工程师更倾向于对原结构中抗震能力不足的构件进行加固，而不是从结构整体抗震性能出发来设计加固方案。

目前已有的外附子结构加固多数需进行现浇作业，会产生污染和噪音，并且施工周期繁杂漫长，这在一定程度丧失了其本来的优势。已有的一些装配整体式外附加固方法，也存在一定的后浇段，梁柱节点、柱柱节点需要湿连接，无法真正做到全装配式。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种角钢连接的全装配式外附框架加固结构及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种角钢连接的全装配式外附框架加固结构，包括待加固的原框架结构、外附框架结构，外附框架结构包括预制梁和预制柱，预制梁端部设置缺口，预制柱的节点核心区两侧外伸暗牛腿；预制梁的端部、暗牛腿、节点核心区均局部削弱，并在削弱区嵌入钢板；预制柱端部局部削弱，并嵌入钢套筒；预制梁与预制柱连接节点的角部设置三面角钢，预制梁、预制柱与原框架结构的梁、原框架结构的柱通过角钢连接，下端的预制柱与上端的预制柱通过钢套筒及对拉螺栓连接。

其中，暗牛腿与预制梁端部均设置缺口，并且二者在缺口处相互嵌入，在暗牛腿、预制梁端部的对应位置，沿预制柱轴线方向开连接孔，并穿入牛腿连接螺栓；暗牛腿用于承担预制梁端剪力，可减少部分预制梁端部配筋量；暗牛腿连接螺栓用于承受部分剪力以及预制梁端接触面转动时的部分弯矩。

其中，三面角钢设置在预制梁和预制柱连接节点的四个角，位于预制梁上方的两个三面角钢分别与预制柱、预制梁、原框架结构相连，位于预制梁下方的两个三面角钢分别与预制梁、暗牛腿以及预制柱连接；三面角钢约束节点核心区变形，同时作为结构耗能件。

其中，暗牛腿连接螺栓穿过三面角钢与预制梁连接的的连接孔，并从与暗牛腿相连的三面角钢的一面的连接孔穿出；螺栓两侧紧固螺帽，将预制柱、预制梁、三面角钢紧密相连；三面角钢的另外两面，分别通过沿该面上的孔洞，向预制柱、原框架结构打孔，并通过清灰、注胶、植入螺栓、拧紧螺帽，将外附框架结构的节点与原框架结构相连。

其中，预制梁端部、暗牛腿、钢板沿垂直外附框架平面的方向开连接孔，连接孔总共四列，两列为预制梁与钢板连接孔，两列为暗牛腿与钢板连接孔，孔洞对应位置相互贯通。

其中，在对应孔洞中穿入连接螺栓，并在螺栓两侧紧固螺帽，将钢板与预制梁、暗牛腿、节点核心区相连；钢板能够承担预制梁端部以及节点核心区的部分剪力，同时钢板的上沿及下沿的拉压力构成一对力偶，可承担预制梁端部以及节点核心区的部分弯矩，提高外附节点的承载能力。

其中，预制柱一端的中心伸出方形块体，另一端的中心设置方形凹槽；下端预制柱端部伸出的方形块体嵌入上端预制柱端部的凹槽，并通过钢套筒将上下端相连。

其中，钢套筒及预制柱端部留有连接孔，连接孔相互对应，通过穿入对拉螺栓并紧固螺帽，将钢套筒、上端的预制柱、下端的预制柱紧密连接；连接位置在楼层中部，弯矩较小，弯矩由柱端钢筋、钢套筒、对拉螺栓共同承担；连接处的剪力由柱端箍筋、钢套筒、嵌入的方形块体同承担。

其中，预制梁、预制柱的截面高度为原框架梁、原框架柱的1/2-2/3，以便在外附预制梁、预制柱的两侧连接角钢。

本发明还提供一种角钢连接的全装配式外附框架加固原框架的方法，包括如下施工步骤：

步骤一：预制梁和带暗牛腿的预制柱按照施工图纸在工厂预制：绑扎钢筋，预埋角钢连接孔、钢板连接孔、暗牛腿连接孔、钢套筒连接孔，所有预埋件设置好后支模、浇筑混凝土；

步骤二：角钢、三面角钢、钢板均在工厂制作，按照施工图纸准备材料并开孔；

步骤三：待混凝土达到一定强度并拆模，将预制梁、预制柱与两侧角钢对孔，穿入对拉螺栓并紧固螺帽，提前完成连接；

步骤四：带角钢的预制柱作为整体吊装至加固位置，并进行定位；沿着两侧角钢另一面上的孔洞向原框架结构的柱上打锚固孔，注入结构胶，植入螺栓、紧固螺帽，将预制柱与原框架结构的柱连接；

步骤五：带角钢的预制梁作为整体吊装至加固位置，将预制梁吊装搁置在暗牛腿上并进行定位；沿着两侧角钢另一面的孔洞向原框架结构的梁上打锚固孔，注入结构胶，植入螺栓、紧固螺帽，将预制梁与原框架结构的梁连接；

步骤六：在预制梁和预制柱连接节点的四个角部放置三面角钢，牛腿连接螺栓穿过三面角钢与预制梁连接的一面的连接孔，并从与暗牛腿相连的三面角钢的一面的连接孔穿出；螺栓两侧紧固螺帽，将预制柱、预制梁、三面角钢紧密相连；

步骤七：三面角钢的另外两面，分别通过沿该面上的孔洞，向预制柱、原框架结构打孔，并通过清灰、注胶、植入螺栓、拧紧螺帽，将外附节点与原结构紧密相连；

步骤八：将钢板嵌入预制梁端部、暗牛腿、节点核心区削弱位置，对孔并穿入连接螺栓，紧固螺帽，将钢板与预制梁、暗牛腿、节点核心区紧密相连；

步骤九：在柱端部套上钢套筒，将下端预制柱端部伸出的方形块体嵌入上端预制柱端部的凹槽，通过穿入连接螺栓并紧固螺帽，将钢套筒、上端预制柱、下端预制柱紧密连接；

步骤十：重复步骤四-八，在本层加固完成后，继续步骤九，直到外附加固全部完成。

有益效果：本发明的一种角钢连接的全装配式外附框架加固结构，具有以下有益效果：

1、外附框架结构不但以其自身的抗震承载能力和耗能能力贡献于加固后的整体结构的抗震能力，还可改善原结构的受力状态和变形模式，使结构形成更合理的损伤屈服机制，从而使原结构的抗震能力得到更充分的利用。

2、标准角钢及三面角钢约束节点核心区变形，同时作为结构耗能件。构配件可在工厂完成预制，现场无湿作业，对环境污染小，施工效率高。加固工作在建筑物外部完成，不破坏建筑物的内部装修，不影响建筑物内部活动。

3、暗牛腿用于承担梁端剪力，可适当减少预制梁端部配筋量；牛腿连接螺栓用于承受牛腿处的部分剪力以及梁端接触面转动时的部分弯矩；

4、钢板能够承担预制预制梁端部以及节点核心区的部分剪力，同时钢板的上沿及下沿的拉压力构成一对力偶，可承担预制梁端部以及节点核心区的部分弯矩，提高了外附节点的承载能力。

5、预制柱端连接位置在楼层中部，弯矩较小，弯矩由柱端钢筋、钢套筒、对拉螺栓共同承担；连接处的剪力由柱端箍筋、钢套筒、嵌入的方形块体同承担。

附图说明

图1为本发明中外附预制框架节点构造示意图；

图2为本发明中外附预制框架节点构造细部图；

图3为本发明中外附预制框架节点构造正视图；

图4为本发明中外附预制框架节点构造俯视图；

图5为本发明中外附预制框架柱连接构造示意图；

图6为本发明中外附预制框架柱连接完成示意图；

图7为本发明中外附预制框架节点连接完成示意图；

图8为本发明中外附预制框架连接完成示意图；

图9为本发明中外附预制框架连接完成正视图；

图10为本发明中外附框架与原结构连接细部图；

图11为本发明中原框架示意图；

图12为本发明中加固完成后结构示意图；

图13为本发明中加固完成后结构正视图；

图中：1-原框架结构，2-外附框架结构，3-预制梁，4-预制柱，5-暗牛腿，6-角钢，7-三面角钢，8-钢板，9-钢套筒，10-方形块体，11-凹槽，12-角钢连接螺栓，13-牛腿连接螺栓，14-钢板连接螺栓，15-钢套筒连接螺栓，16-角钢连接孔，17-牛腿连接孔，18-钢板连接孔，19-钢套筒连接孔，20-锚固螺栓，21-锚固孔，22-螺帽，23-结构胶，24-节点核心区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-13所示，本发明提供了一种角钢连接的全装配式外附框架加固结构，包括待加固的原框架结构1，外附框架结构2以及两者之间的角钢6、三面角钢7等连接构件。外附框架结构2为全装配式结构，预制梁3端部带缺口、预制柱4的节点核心区24两侧外伸暗牛腿5。预制梁3端部、暗牛腿5、节点核心区24局部削弱，并嵌入钢板8，预制柱4端部局部削弱，并嵌入钢套筒9。外附框架结构2节点角部设置三面角钢7，预制梁3、预制柱4与原框架结构的梁、原框架结构的柱通过标准规格角钢6连接，预制柱4通过钢套筒9及对拉螺栓15连接。预制柱4一端的中心伸出方形块体10，另一端的中心设置方形凹槽11；下端预制柱端部伸出的方形块体10嵌入上端预制柱端部的凹槽11，并通过钢套筒9将上下端相连。

本发明还提供了一种角钢连接的全装配式外附框架加固原框架的方法，如图1-4所示，将带暗牛腿5的预制柱4和缺口梁3按照施工图纸在工厂预制，绑扎钢筋，预埋角钢连接孔16、牛腿连接孔17、钢板连接孔18、钢套筒连接孔19等对应的管道，所有预埋件设置好后即可支模、浇筑混凝土。标准角钢6、三面连接角钢7、钢板均在工厂制作，按照施工图纸准备材料并开孔。待混凝土达到一定强度并拆模，将预制梁3、预制柱4与两侧标准角钢6对角钢连接孔16，穿入对拉螺栓12并紧固螺帽22，提前完成连接。

如图5-9所示，将带角钢6的预制柱4作为整体吊装至加固位置，并进行定位；沿着两侧角钢6另一面的孔洞向原框架柱打锚固孔21，注入结构胶23，植入螺栓20、紧固螺帽22，将预制柱4与原框架柱连接。带角钢6的预制梁3作为整体吊装至加固位置，将预制梁3吊装搁置在暗牛腿5上并进行定位；沿着两侧角钢6另一面的孔洞向原框架梁打锚固孔21，注入结构胶23，植入螺栓20、紧固螺帽22，将预制梁4与原框架梁连接。

在节点24角部放置三面角钢7，牛腿连接螺栓13穿过三面角钢7与预制梁3连接的一面的连接孔，并从与暗牛腿5相连的三面角钢7的一面的连接孔穿出；螺栓13两侧紧固螺帽22，将预制梁3、预制柱4、三面角钢7紧密相连。三面角钢7的另外两面，分别通过沿该面上的孔洞，向预制柱4、原结构1打孔，并通过清灰、注结构胶23、植入螺栓20、拧紧螺帽22，将外附节点24与原结构1紧密相连。

将钢板8嵌入预制梁3端部、暗牛腿5、节点核心区24削弱位置，对钢板连接孔18并穿入连接螺栓14，紧固螺帽22，将钢板8与预制梁3、暗牛腿5、节点核心区24紧密相连。在预制柱4端部套上钢套筒9，将下端预制柱端部伸出的块体10嵌入上端预制柱端部的凹槽11，对孔19并通过穿入连接螺栓15，紧固螺帽22，将钢套筒9、上端预制柱、下端预制柱紧密连接；

如图10-13所示，待本层加固完成后，连接上层柱，继续上一层的加固，直到外附加固全部完成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。