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混凝土柱顶钢屋盖支座如何进行抗震加固设计?

在东日本大地震灾害中,钢筋混凝土框架柱上设置钢屋盖的体育馆等建筑,其钢屋盖在混凝柱上的支座遭受混凝土破坏和锚栓断裂等的情况较多。类似的地震灾害过去也发生过。有的混凝土遭破坏后从高处…

在东日本大地震灾害中,钢筋混凝土框架柱上设置钢屋盖的体育馆等建筑,其钢屋盖在混凝柱上的支座遭受混凝土破坏和锚栓断裂等的情况较多。类似的地震灾害过去也发生过。有的混凝土遭破坏后从高处落下造成危险后果。体育馆等建筑在地震时作为避难设施,使用的人很多,提出紧急的加固对策是很有必要的。

加固工法两例

钢屋盖支座的承载力极限取决于锚栓何时断裂或混凝土何时破坏。混凝土破坏造成的承载力降低,如图1所示,可考虑在支座下方用钢板加固。加固工法例1是对柱头部位进行整体约束。在钢筋混凝土柱的正面和背面用钢板覆盖,用贯通式圆钢棒进行安装。此时要对柱反力较大处充分固定。加固工法例1中对柱的突出部分进行了约束,此时对受钢板约束的构件要从侧面安装锚栓且锚栓要选择适合的位置,从钢筋和其它锚栓间穿过,同时要确保锚栓有合适的受剪承载力。施工后的锚栓必须打入至足够的深度。

加固后验算:1)地震时屋盖可传递的最大内力;2)加固后支座锚栓群的承载力;3)加固后支座混凝土的承载力;4)对钢筋混凝土结构体的承载力做全面考察,检验是否能够承受地震时由屋盖传来的最大作用力。对受力复杂的大跨空间结构,作用力难以预测,加固用的螺栓群的承载力应达到设计目标。

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图1  加固工法两例

承载力计算方法的考虑

用钢板约束后以及用钢棒加固后的构件,其承载力验算的前提是此时的受力情况。加固构件起作用时,考虑混凝土已因破坏失去承载力,仅由锚栓传递内力。加固前后,构件下部会出现如图2所示的情况,其中,左边是加固件未设置时的传力情况,右边是加固件设置后的传力情况。加固的目的是在锚栓群达到最大承载力时被加固的构件不受破坏。

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图2  加固前后构件下部的传力情况

其次,要考虑混凝土破坏并介入后力的作用点。如图3所示,混凝土上部和柱钢筋靠上部位可假设为内力作用点(图中Q是锚栓群最大承载力,此箭头位置是内力作用点;L是内力作用点至施工后钢棒重心间的距离;L是施工后上下钢棒间的距离)。

如上所述,先设定加固件的作用力和力的作用点,然后进行钢板、圆钢棒或施工锚栓的设计。图3表示,验算圆钢棒及后续施工锚栓的承载力时,不仅要考虑锚栓群的最大受剪承载力,在内力作用点,不能忽略圆钢棒或施工锚栓的重心偏离引起的偏心作用。关于钢板,如图4所示,屈服线假设的平面外受弯在设计时须予以考虑。这样做出的设计,锚栓群具有最大的受剪承载力,加固后的支座才能足以受力。

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图3  加固件内力考虑

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图4  屈服线假设

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