一种负载下钢柱的加固方法与流程

本发明涉及钢结构建筑领域，具体涉及一种负载下钢柱的加固方法。

背景技术：

1、钢结构作为一种自重轻、强度高、抗压性和抗震性能好的优良结构，已广泛应用在我国的工业和民用建筑领域。但是在后续的使用过程当中因超载、损伤、锈蚀往往容易引起损伤积累，从而影响到整个结构的安全。为有效规避钢结构事故的发生，若将这些钢结构全部推倒重建是不太现实的，因此对既有建筑中处于负载下的钢柱进行加固处理就显得尤为重要。

2、与一般的加固方法相比，负载下的加固过程不需要对原型钢构件进行任何形式的载荷转移或卸载，而近年来采用型钢混凝土构件在建筑结构中已得到广泛的应用，这种体系结合了钢筋混凝土的刚度及可成型性和钢结构生产建造经济性的特点。现有技术中常用的全包型截面形式即在混凝土中配置型钢，这些型钢可以是轧制的也可以是焊接的。但是，利用全包型组合形式对已有钢柱的加固不容易实现，且不经济，也不适合用于层数适中的钢结构。

3、部分外包混凝土型钢柱也是钢－混凝土组合形式的一种，h 型钢部分外包混凝土柱(pec)，即在 h 型钢的翼缘之间浇筑混凝土，使型钢与混凝土协同工作。相比于 h 型钢柱，pec 柱提高了承载力、刚度，减小了横截面积，同时延性降低较小，并且由于外包混凝土的保护作用，使型钢的直接受火面积减小，提高了构件的抗火能力。鉴于pec柱具有上述优点，将其应用于新建结构或既有钢结构中实现钢柱的加固，相比于全包型钢组合柱，这种截面形式对即有型钢柱的加固非常方便，容易实现，且成本较低。

技术实现思路

1、本发明公开一种负载下钢柱的加固方法，具体采用如下技术方案实现：

2、一种负载下钢柱的加固方法，包括如下内容：

3、步骤1：对原负载条件下新增新荷载的整个钢结构框架进行各个荷载工况下的受力分析；

4、步骤2：对钢结构框架中的各个h型钢柱提取的内力进行分析；

5、步骤3：对h型钢柱的下部采用部分外包混凝土方式进行加固以形成加固区域，具体如下：

6、3.1：对加固区域进行内力分析和变形计算，其中加固区域的截面刚度按下列公式计算：

7、 ea=e a a a +e c a c                            （公式1）

8、 ga=g a a a +g c a c                            （公式2）

9、 ei=e a i a +e c i c                               （公式3）

10、上式中， e a、 e c分别为钢材弹性模量、混凝土弹性模量，单位均为n/mm2；

11、 g a、 g c分别为钢材剪切模量、混凝土剪切模量，单位均为n/mm2；

12、 a a、 a c分别为主钢件截面面积、混凝土截面面积，单位均为mm2；

13、 i a、 i c分别为主钢件惯性矩、混凝土惯性矩，单位均为mm4；

14、 ea为组合构件截面轴向刚度，单位为n；

15、 ga为组合构件截面抗剪刚度，单位为n；

16、 ei为组合构件截面抗弯刚度，单位为n•mm2；

17、3.2：基于步骤3.1中计算结果，确定加固区域所用钢筋的直径、配筋数量、钢筋间距、混凝土强度以及混凝土浇筑高度；

18、3.3：在h型钢柱腹板两侧的加固区域分别按3.2中确定的结果布设纵筋和箍筋，将纵筋与箍筋绑扎固定，然后在加固区域的腹板两侧浇筑混凝土。

19、进一步，所述步骤3中，浇筑混凝土之前，先将h型钢柱腹板表面及翼缘内侧表面进行清洁，然后在腹板两侧分别焊接栓钉，栓钉的间距依据步骤3.1计算结果确定，栓钉焊接完毕后再浇筑混凝土。

20、进一步，所述步骤3中，浇筑混凝土之前，将增设在h型钢柱腹板两侧加固区域的主筋以化学植筋方式锚入位于h型钢柱底部的基础短柱内至少一倍锚固长度，然后将基础短柱顶面的混凝土表面凿毛，凿毛后刷界面剂，最后再浇筑混凝土。

21、进一步，所述步骤3.3中设置箍筋时，将加固区域上部及下部分别进行箍紧加密处理。

22、进一步，所述步骤3.3中设置纵筋时，上下纵筋通过钢套筒连接。

23、进一步，所述步骤3.3中，混凝土的浇筑高度小于等于h型钢柱的总高度。

24、本发明采用pec柱结构对h型钢柱进行加固处理，加固后提高了原h型钢柱的承载力、刚度，减小了横截面积，同时延性降低较小，并且由于外包混凝土的保护作用，使h型钢柱的直接受火面积减小，提高了构件的抗火能力；pec 组合柱的强度承载力、稳定性及刚度均优于单独 h 型钢柱，且延性降低较少，轴压比增大，承载力富裕度提高，柱底轴压比降低，增加了抗震延性，对抗震性能有所优化。本发明利用pec柱的技术优势，对h型钢柱进行加固，相较于现有技术中全包型组合柱形式加固，其截面形式对既有型钢柱的加固更加方便，容易实施且成本更低；加固区域pec 柱中 h 型钢翼缘及腹板围合成的钢槽对混凝土的约束作用使钢柱的承载能力较原 h 型钢柱显著提高，且混凝土的填充对防止 h 型钢翼缘的屈曲起到良好的作用，且 h 型钢翼缘对混凝土的约束作用确实提高了混凝土的承载能力，使得钢柱的刚度和稳定性也有所增强。

25、本发明所给出的加固方法，基于对整体结构进行充分的受力分析，根据各钢柱受力情况确定不同配筋率、不同混凝土强度及混凝土浇筑高度等，可充分利用材料性能，具有节约材料、成本低、效率高等优点，本发明加固方法尤其适用于钢柱长细比较大的结构体系当中，如厂房等。