[发明专利]一种体外预应力外加钢罩加固混凝土墩柱的方法

说明书

技术领域

本发明涉及大跨桥梁、（超）高层建筑和地铁地下结构以及其它重大构筑物的混凝土墩柱，尤其是涉及体外预应力加固混凝土墩柱的方法。

背景技术

钢筋混凝土墩柱广泛应用于大跨桥梁、（超）高层建筑和地铁地下结构等重大构筑物中，其主要作用是把上部结构的荷载传递给基础，是构筑物中最重要的承重构件。这些重要构筑物可能遭受潜在地震、爆炸以及强烈撞击等极端荷载作用，易产生非弹性的损伤破坏（如混凝土墩柱形成塑性铰的弯曲破坏，以及弯剪破坏或剪切破坏等），完全重新建造墩柱对整个结构上来说是困难的或在经济上不可性，采取加固墩柱无论是在技术上还是经济上都是一个较好的选择方案。不同加固方案对改善或提高混凝土墩柱强度和延性是不同的，加固方法（包括加固材料和实施方案等）直接影响或者说决定了加固后结构体系或构件性能，是混凝土墩柱加固技术中的一个关键问题。

混凝土墩柱的加固技术通常包括（1）钢套管加固；（2）增大截面加固法；（3）复合纤维材料套管（如碳纤维、玻璃纤维等）等，这些加固方法对抑制混凝土裂缝的开展，提高混凝土墩柱的抗弯和抗剪承载能力，改善了混凝土墩柱受力性能，取得一定的作用，但对于大跨度桥梁结构、（超）高层建筑以及地铁地下结构等高轴比的混凝土墩柱加固时，均存在不足之处。

钢套管和复合纤维材料套管加固法的机理是，当混凝土墩柱中压力区中高轴向压应变作用下混凝土侧向膨胀，或是拉力区中在初始搭接失效下搭接头的扩张作用，通过钢（或复合纤维材料）套管产生的侧向约束压力能限制墩柱的径向膨胀，约束的程度依赖钢（或复合纤维材料）套管的强度和刚度，对可能遭受潜在地震、爆炸以及强烈撞击等极端荷载作用混凝土墩柱只有在核心混凝土损伤破坏扩大至套管时才取到作用，部分改善混凝土墩柱性能。增大截面加固法就是绕墩柱外部放置环箍，然后把包墩柱环箍的钢筋钻入并粘接在墩柱上，最后用混凝土包住钢筋，类似混凝土套管的竖向钢筋以暗销接合到基础上并留了足够的锚固长度来保证其强度，优点是在提高墩柱抗剪和抗弯承载力同时，保留墩柱然来形状，缺点是在对墩柱加固的同时，必须对基础加固，增加其抗弯、抗剪强度使之确保塑性铰出现在墩柱上，基础加固工作最大而且施工缓慢，费工费时。

本发明提供了的一种新型体外预应力外加钢罩加固混凝土墩柱的方法，采用不同预应力度对混凝土墩柱进行体外预应力加固，预应力钢铰线使原墩柱的核心混凝土和保护层混凝土共同形成约束混凝土，能有效的限制剪切斜裂缝形成和开展，同时外加钢罩既能双重约束核心混凝土和保护层混凝土，还能对预应力绞线和锚具取得保护作用，大大增加了混凝土墩柱的抗剪、抗弯承载力、竖向承载能力和延性。对于可能遭受强震，爆炸或是强烈撞击等极端荷载作用的大跨度桥梁混凝土桥墩、（超）高层建筑底层混凝土柱以及地铁地下结构的混凝土柱等高轴压混凝土墩柱提供了一种较理想的加固方法。

发明内容

为了克服上述存在的不足和缺陷，本发明提供了一种新型体外预应力外加钢罩加固混凝土墩柱的方法，解决工程上亟待解决的高轴压混凝土墩柱抗剪、抗弯承载力、竖向承载力以及混凝土墩柱延性不足等问题，同时具有良好的耐久性能，满足可能遭受地震、爆炸或是强烈撞击等极端荷载作用的大跨度桥梁混凝土桥墩、（超）高层建筑底层混凝土柱以及地铁地下结构的混凝土柱等高轴压混凝土墩柱的加固。

本发明提供的一种新型体外预应力外加钢罩加固混凝土墩柱的方法，其具体施实步骤为：根据混凝土墩柱的抗剪、抗弯强度以及延性要求，计算混凝土墩柱是否需要加固；确定由预应力绞线及连接锚具组成的预应力绞线环箍在沿混凝土墩柱高度方向上的位置和间距；将预应力绞线环箍缠绕在混凝土墩柱外面，并根据沿混凝土墩柱加固需求，对预应力绞线环箍施加拉应力；最后根据混凝土墩柱竖向承载力和变形性能要求，以及对体外预应力绞线和锚具的保护要求，确定外层钢板的厚度和钢板焊接成钢罩后直径大小，并在原混凝土墩柱和钢罩间注入水泥砂浆填充，形成体外预应力外加钢罩加固混凝土墩柱。

所述的体外预应力外加钢罩加固混凝土墩柱加固需求包括：计算混凝土墩柱设计抗剪能力、抗弯承载力和延性能力需求；计算混凝土墩柱抗剪能力、抗弯承载力和延性的潜在需求；当混凝土墩柱抗剪能力、抗弯承载力和延性潜在需求大于或等于设计值时，需要对墩柱进行加固修复。

所述的体外预应力外加钢罩加固混凝土墩柱需要确定混凝土墩柱已经存在的横向钢筋是否符合预先设计的约束钢筋要求，当不满足时需要加固修复。