柱子的预应力加固法

概述

柱子预应力加固法，是指在加固柱子过程中， 对加固用的撑杆施加预顶升力，以期达到卸除原柱 承受的部分外力，减少撑杆的应力滞后，充分发挥 其加固作用的一种方法。这种方法常用于应力较高 或变形较大而外荷载又较难卸除以及损坏较严重的 柱子。

对撑杆施加预顶升力的方法有纵向压缩法和横 向收紧(校直)法〔如图3-23 (a), (b)所示丄

通常，对于轴心受压柱，应采用对称双面预应 力撑杆加固；对于偏心受压柱，一般仅需对受压边 用预应力撑杆加固，而受拉边多釆用非预应力法加 固。

釆用预应力撑杆加固柱子时应对加固后的柱子 进行承戟力计算和撑杆施工时的稳定性验算。

3.5.2加固柱的承载力计算

1. 轴心受压柱当采用对称双面预应力撑杆加固轴心受压柱时，加固后柱的受压承载力可按下式计算：

NWWAefe 十 A：£）+伽（3-34> 式中：一原柱的稳定系数；

A_t——原柱的混凝土截面面积，当原柱为钢柱时，A° = 0；

X、——原混廃土柱中的受压纵筋总截面面积；当原柱为钢柱时，A：表示钢柱的截面 面积；

/；——原混凝土柱中的纵筋抗压强度设计值，当原柱为钢柱时，£表示铜柱的抗压 强度设计值；

A；——预应力撑杆的总截面面积；

仅——钢撑杆的受压强度设计值；

g——撑籽与原柱的协同工作系数（取0.9）；

啊一撑杆构架的稳定系数。

撑杆和缀板的设计按《钢结构设计规范》（GBJ17-88）进行。

2, 偏心受压柱

（1） 偏心受压钢柱。用预应力法加固偏心受压钢柱时，由于对补强钢柱施加了预应力， 卸除了原柱承•受的部分荷载，减少了补强钢柱的应力滞后现象，所以，预应力加固钢柱的刚 度较大。它与非预应力法加固钢柱相比，预应力加固柱上支撑点的竖向变位较小。若加固柱 与原柱间的连接可靠，能保证其共同变形时，则可按整体钢柱进行计算，否则，应按新、旧 柱独立工作予以考虑。新、旧柱答肖承受的外力按它们的刚度比进行分配。

预应力钢撑杆应设置在原柱的受压边。两柱间宜采用朝接或螺栓连接，以减小因焊接而 引起的预应力损失。

（2） 偏心受压混凝土柱•同偏心受压钢柱一样，预应力撑杆宜置于原柱的受压边。值得 注意的是，加固后可能会改变原柱的受力特征和破坏形态，即大偏心受压转变为小偏心受 压。

用预应力钢撑杆加固的钢筋混凝土偏心受压柱，其正截面承载力可按下式计算：

NWM = — b,A,十 0.85/；/， （3-35）

Ne《M_u = fs'bxQig — —■） + £A； （h_0l 一 a：）十 0. 85/^.4；（棚—a'„）_a （3-36）

式中：N_u, M_u 一 分别为加固柱的受压承载力设计值和受弯承载力设计值；

A；, f_n——分别为预应力钢撑杆的截面面积和抗压强度设计值；

q ―原柱中受拉纵筋的应力；小偏心受压时按式（3-9）计算，大偏心受压时，取 为

0.85 ——钢撑杆受压强度折减系数；

a；——钢撑杆合力点至原柱受压边缘的距离。

当为小偏心受压柱时，直接联解式（3-35）和（3-36）较为困难，因此，一般釆用试算法。即 首先根据构造确定A,并算出N。及.Mu。如果加固柱的承载力小于外荷载值（NuVN,MuV M）,则应加大撑杆的截面面积,直至式（3-35）和〈3-36）得到满足为止。

3.5.3预应力控制值及顶升计算

1. 预应力控制值的确定

通常，撑杆在施加预应力的过程中尚未形成格构式结构，各肢杆处于独立工作状态，其长细比大，稳定性较差。因此，不论是对轴心受压柱还是对偏心受压柱，施工时都应控制施 加的预应力值，以不使撑杆失稳。由此规定：

% W啊腐已。 <3-37)式中；丄——施工时的预应力控制值(宜控制在50〜80 N/mn?)；

阻——受压肢杆的稳定系数。当采用横向收紧(校直)法时，其计算长度取受压肢 杆全长的一半，长细比不得小于120；当釆用纵向压缩(顶升)諸时，其稳定 系数以撑杆全长按格构压杆计算，

A——经验系数(取0.75)。

2, 纵向顶升量&的计算

当釆用千斤顶、楔子等方法对撑杆进行纵向压缩顶升时，顶升量山可按下式计算；

&L = I • a'MPtEQ + a。 (3-38)式中：E，——钢撑杆的弹性模量；

制应力) '

I——撑杆的全长；

a—— 杆端顶板与混凝土间的压缩量，取2〜4 mm；

A ——经验系数(取0.9)。

随着顶升量尊的增大，撑杆应力增加，原柱应力减小。由于顶撑 点处梁的向上变位较小，故式(3-38)不计入此变值量。 1 一

3. 横向张拉量的计算 原柱寸 }

当釆用横向张拉(即收紧)的办法使撑杆纵向产生预应力时 ［、 ：〜

〈如图3-24所示)，横向张拉量AH按下式计算， I \ '

I 1△H =号/<,/(国E.)+a。 (3-39) a// * 臂.

弯折撑杆肢时，宜将肢杆中点处的横向弯折量取为(AH+3) mm 施工中只减小AH,以确保撑杆处于预压状态.

3. 5.4构造要求

采用预应力法加固柱时应符合以下构造要求：

(1) 预应力撑杆的角钢截面不应小于L5QX5,压杆肢的两根角 钢用缀板连接成糟形截面，也可用单报槽钢作压杆肢。缀板厚度不得 小于6 mm,宽度不得小于80 mm,相邻缀板间的距离应保证单个角 钢的长细比不太于4皿

(2) 撑杆末端的传力应可靠。图3-25示岀了末端的构造做法。图

中的传力角钢最后被焊接在预应力撑杆的末端，且其截面不得小于1_ 100X75X12。在预应 力撑杆的外侧'，还应加焊一块厚度不小于16 mm的传力顶板予以加强。

(3) 当釆用横向收紧法时，应将预应力撑杆在中部对称地向外弯折，并在弯折处用拉紧 螺栓建立预应力〔如图3-26 (a)所示单侧加固的撑杆只有一个压杆肢，仍在中点处弯 折，并采用螺栓进行横向张拉〔如图3-27 (a), (b)所示K

(4) 在弯折压杆肢前，需在角钢的侧立肢上切出三角形缺口，角钢截面因此被削弱，应 在角钢正平肢上补焊钢板予以加强〔如图3-27 (c)所示

(5) 拉紧螺栓的直径应大于或等于16 mm,其螺帽高度不应小于螺杆直径的1.5倍。

(6>在焊接图3-26及图3-27中的连接缀板时， 应采用上下轮流点焊的方法，以防止因施焊受热而损 失预压应力。

3. 5.5计算实例.

例3-3某钢筋混凝土平台柱，其宽和高(6XA) ^7 300 mm X 400 mm,柱的计算长度Z° = 3m,混凝 土为C20,配置H级钢筋，A, = A；=763 mm²,承受 设计轴向压力410 kN,设计弯矩120 kN - m。现因 又增加•一台设备，增加设计轴向力左N=130kN,设 计弯矩△M=30kN・m,试进行加固设计。