柱正截面強度不足破壞特征與加固處理

毛 慶 蔣炳亮 蔣慧慧

當前,房屋建筑以多層、高層建筑為主導潮流。建筑結(jié)構(gòu)廣泛地運用框架結(jié)構(gòu)受力體系,框架由梁、柱組成,柱是最重要的受力構(gòu)件。柱正截面強度,即是偏心受壓承載力的大小,不僅取決于軸力和彎矩的最不利組合,同時還取決于截面尺寸和材料強度,材料強度包含鋼筋與混凝土強度。在設計和施工過程中,當出現(xiàn)柱正截面強度不足情況,則正確運用加固處理方法,保證建筑結(jié)構(gòu)體系的安全性、適用性與耐久性,具有十分重要的意義。

1 柱正截面強度不足的破壞特征

1.1 大偏心受壓破壞

柱正截面大偏心受壓破壞特征與適筋受彎構(gòu)件完全相同,即是受拉破壞。在偏心壓力作用下,較遠的一側(cè)截面受拉,較近的一側(cè)截面受壓。首先隨著荷載的增加,受拉區(qū)出現(xiàn)橫向小裂縫,裂縫不斷發(fā)展和加寬,裂縫處的拉力由鋼筋完全承擔,受拉鋼筋達到屈服,形成明顯加寬的主裂縫向受壓一側(cè)截面延伸,受壓區(qū)高度減小,受壓邊緣混凝土達到極限壓應變而出現(xiàn)縱向裂縫,導致柱截面受壓混凝土被壓碎而遭到破壞。

1.2 小偏心受壓破壞

柱正截面小偏心受壓破壞,是從受壓區(qū)混凝土壓碎引起開始的,故也稱受壓破壞。離縱向壓力較近一側(cè)的鋼筋受壓屈服,而另一側(cè)的鋼筋無論是受拉還是受壓,均達不到屈服強度,破壞無明顯預兆,混凝土強度越高,破壞就越突然,危害極大。

2 工程概況

某商貿(mào)城,位于桂林市中山北路,平面呈矩形,框架結(jié)構(gòu),地上6層,地下1層,高 31.2 m。1層～3層層高5.5 m,4層～6層層高4.8 m,建筑面積62229.6 m2。在3層⑥交軸的柱KZ40,設計截面尺寸750 mm×750 mm,C30混凝土。主體結(jié)構(gòu)施工至第5層時,3層柱模板拆除后檢查,發(fā)現(xiàn)柱KZ40截面尺寸600 mm×600 mm,每邊比設計截面尺寸少150 mm,并且在距3層樓面起1.0 m～1.5 m區(qū)段內(nèi)混凝土較松散,敲擊會脫落。經(jīng)用回彈儀對該區(qū)段混凝土進行回彈檢測,強度代表值是16.3 MPa。表明該柱KZ40截面尺寸和局部區(qū)段(高500 mm)混凝土強度達不到設計要求,引起柱KZ40正截面強度不足,存在建筑結(jié)構(gòu)安全隱患,必須進行加固處理。

2.1 引起柱正截面強度不足原因分析

2.1.1 柱截面尺寸不足原因分析

由于4層以上柱KZ40的截面尺寸為600 mm×600 mm,3層以下為750 mm×750 mm。施工人員一時粗心大意,對設計圖紙未完全理解,誤以為在3層樓面柱KZ40的截面開始變小為600 mm×600 mm,柱鋼筋安裝后,只檢查驗收了鋼筋質(zhì)量,而未檢查柱KZ40的截面尺寸,從而導致了該柱截面尺寸不足。

2.1.2 柱局部區(qū)段混凝土強度不足原因分析

在結(jié)構(gòu)平面布置的柱數(shù)量、規(guī)格較多,并且柱與樓面梁板混凝土標號不同,分別為C30和C25混凝土。在已經(jīng)安裝好4層樓面模板上澆筑3層柱混凝土,是泵送商品混凝土。柱子較高,為了保證混凝土不產(chǎn)生離析現(xiàn)象,按每2.0 m的高度進行澆筑。操作工人誤以為每個柱每次每段澆筑的混凝土均已用振動棒振實了,一時大意,而恰好遺漏了柱KZ40自3層樓面起 1.0 m～1.5 m區(qū)段內(nèi)混凝土,未進行振搗密實,使該柱局部區(qū)段混凝土強度不足。

2.2 柱正截面強度不足的加固處理

2.2.1 加固處理方法

針對柱KZ40正截面強度不足的情況,必須進行加固處理,即增大柱的截面尺寸至750 mm×750 mm,在截面四角新增加三級鋼筋直徑為25 mm、提高混凝土標號C40(見圖 1)。

鋼筋下部采用化學植筋方法,植入舊混凝土長度不小于700 mm;上部鋼筋穿過4層樓板并直彎錨固長度為700 mm。

2.2.2 加固處理工藝技術(shù)要求

1)舊混凝土面鑿毛。使用磨尖的短鋼釬、鐵錘,對柱截面四周舊混凝土面進行鑿毛,要求露出全部粗糙的新鮮混凝土面和碎石,并用水沖洗干凈,利于新增混凝土與舊混凝土結(jié)合成一體,加強新舊混凝土的粘結(jié)力。2)化學植筋。在柱截面四角處,標出新加縱向受力鋼筋位置,然后用電動打孔鉆機正對其位置,進行打孔到下面2層柱內(nèi),孔深不小于700 mm。將孔內(nèi)粉塵風吹干凈,灌入化學固結(jié)膠,再插入縱向受力鋼筋到孔底。植筋完成檢測合格后,就可以綁扎新加柱箍筋。3)柱模板安裝。柱模板安裝尺寸為750 mm×750 mm,要求安裝模板垂直牢固、穩(wěn)定,上下部封口與模板拼縫嚴密,模板應刷隔離劑,并保證縱向受力鋼筋的混凝土保護層厚度。在模板每間距2.0 m處,開一小孔洞安裝混凝土溜槽,便于混凝土的澆筑和避免混凝土發(fā)生離析現(xiàn)象。4)混凝土的澆筑。新增C40混凝土嚴格按施工配合比進行配料攪拌,從柱模板上安裝的溜槽口灌入混凝土,并用附著式振動器進行振搗,振搗要密實,還應做混凝土抗壓試塊一組。

3 化學植筋與混凝土試塊檢驗

新加柱縱向受力鋼筋化學植筋完成后,現(xiàn)場抽取一組三根鋼筋進行抗拔承載力檢測,結(jié)果為合格;現(xiàn)場制作一組三件的C40混凝土試塊,經(jīng)抗壓強度檢測試驗,其代表強度值為54.2MPa,均滿足設計要求。

4 結(jié)語

在工程施工過程中,由于施工管理方面不完善,會發(fā)生上述柱正截面強度不足的情況,通過運用正確的加固處理方法,能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)的安全性要求。目前該柱加固處理完后,使用了較長一段時間,未發(fā)生裂縫等異常現(xiàn)象,效果較好。

[1]熊丹安,鄢利華,熊海燕.建筑結(jié)構(gòu)[M].廣州:華南理工大學出版社,2003.

[2]GB 50367-2006,混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范[S].

[3]王繼東,程遠帆,劉冬萍.樁周土體增長規(guī)律及單樁承載力的計算[J].山西建筑,2009,35(5):118-119.