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地基加固改造工程中植筋技術的應用

來源:華盛論文網 發表時間:2020-08-19 09:02 隸屬于:工業論文 瀏覽次數:

摘要国产富二代app下载 鋼筋混凝土結構作為我國應用最廣泛的結構形式,為我國的城市建設、工業發展等作出了不可替代的貢獻。鋼筋混凝土結構廣泛存在于各類民用建筑、工業建筑以及公路橋梁等工程中,

  鋼筋混凝土結構作為我國應用最廣泛的結構形式,為我國的城市建設、工業發展等作出了不可替代的貢獻。鋼筋混凝土結構廣泛存在于各類民用建筑、工業建筑以及公路橋梁等工程中,并且其數量仍在逐年快速增長。隨著鋼筋混凝土結構在我國的不斷發展,越來越多已建鋼筋混凝土結構因使用功能升級、結構老化或損傷等原因需進行結構改造加固。目前,我國的工程建設行業已經從大規模新建期轉變為新建與維護改造并重期,鋼筋混凝土結構的加固及改造工程將在行業未來的發展中占據越來越重要的位置[1]。大量試驗表明,植筋技術作為后錨固手段的一種,能夠提高新舊混凝土結合面的粘結性能,從而有效加強新舊混凝土結合面的承載能力[2]。然而,我國現行規范《混凝土結構加固設計規范:GB50367-2013》[3]和《混凝土結構后錨固技術規程:JGJ145-2013》[4]中,均只對單根植筋錨固的軸向受拉承載力設計值計算作出規定,未對采用植筋技術連接的新舊混凝土結合面抗剪承載力如何確定作出相應規定。抗剪承載力作為新舊混凝土結合面的重要承載能力指標,常常對設計起著控制作用。因此,加固改造工程中如何對采用植筋技術連接的新舊混凝土結合面的抗剪切性能進行定量計算,確保新舊混凝土結合面粘結牢固、傳力可靠,是此類工程的一個難點。

地基加固改造工程中植筋技術的應用

国产富二代app下载   1采用植筋技術連接的新舊混凝土結合面抗剪切性能研究現狀

国产富二代app下载   1966年Birkeland最早提出了采用植筋技術連接的新舊混凝土結合面抗剪強度的摩擦抗剪理論。在摩擦抗剪理論的基礎之上,國內外學者通過各種試驗對影響結合面剪切強度的眾多因素進行了統計分析,得出了多種剪切強度計算方法。張雷順等人[5]對新舊混凝土結合面采用植筋技術進行連接的植筋方式進行了試驗分析。蔣程等人[6]通過正交試驗對比了新舊構件配筋率、連接處截面尺寸以及混凝土強度等級對新舊混凝土截面性能的影響。靳利娜等人[7]通過Z型試件試驗,對比研究了鑿毛不植筋和既鑿毛又植筋2種情況下新舊混凝土結合面的承載性能。王獻偉等人[8]研究了植筋鋼筋直徑、植筋深度和新舊構件配箍率等方面對新舊混凝土結合面抗剪承載力的影響。黃璐等人[9]參考了國內外主要規范中新舊混凝土結合面抗剪強度的相關規定,結合試驗數據分析,得出了采用植筋技術連接的新舊混凝土結合面剪切強度的改進計算公式。馬椰等人[10]分析研究了植筋根數、布置形式以及植筋深度等因素對新舊混凝土植筋結合面的抗剪切/拉拔承載力的影響。截至目前為止,國內尚未形成統一的計算公式。

国产富二代app下载   2工程實例分析

国产富二代app下载   2.1工程概況

国产富二代app下载   本工程為某電廠電除塵器升級改造工程。該電廠位于重慶市江津區,抗震設防烈度為6度,設計地震分組為第一組,地基基礎設計等級為乙級。±0.000m取同原電除塵器基礎施工圖,絕對標高為206.00m。原電除塵器支架基礎形式為鉆孔灌注樁,樁身直徑為600mm,樁端持力層為中風化砂質泥巖,單樁豎向承載力特征值為1400kN。原電除塵器支架立柱、承臺混凝土強度為C25。擬將原電除塵器加高,并于原電除塵器后側新增2個電場,荷載增加,荷載位置改變。對原電除塵器地基基礎進行復核計算。根據復核計算結果,原2樁承臺基礎PC3、PC17、PC18、PC19樁基豎向承載力不滿足要求,需進行加固。

  2.2地基基礎加固方案

国产富二代app下载   因原基礎為鉆孔灌注樁基礎,地基基礎加固宜采用新增樁基礎加固。由于受現有建(構)筑物的影響,靜壓、錘擊、振動等成樁機械設備無法入場,預制樁基礎無法施工,結合本工程土層特征,地下水較貧乏,人工挖孔作業條件較好,故設計采用人工挖孔灌注樁對原地基基礎進行加固。具體加固做法是在原二樁承臺基礎兩端各新增1根人工挖孔灌注樁。新增人工挖孔灌注樁直徑為1000mm,樁端持力土層是中風化砂質泥巖。根據計算結果,單樁豎向承載力特征值取1700kN。在原鋼筋混凝土承臺四周和上部用新增鋼筋混凝土承臺包大,通過新增鋼筋混凝土承臺將新增基樁和原鋼筋混凝土承臺、立柱有效連接(見圖1)。新增人工挖孔灌注樁、承臺采用強度等級為C30的混凝土。新增承臺縱向鋼筋和外圍箍筋采用HRB400級鋼筋,內部箍筋采用HRB335級鋼筋。

  2.3承臺新舊混凝土結合面植筋設計

  根據已有研究資料,對采用植筋技術連接的新舊混凝土結合面承載力的影響因素主要有:結合面處理方法、界面劑的種類、舊混凝土基層混凝土強度和質量、舊混凝土配筋率、新澆筑混凝土強度和質量、結合面植筋率、植筋深度、膠黏劑的選擇和使用、配箍率等。原鋼筋混凝土承臺與立柱配筋率均滿足文獻[3]對植筋構件的要求。根據本工程實際情況,在確保結構安全、加快施工進度、提高經濟效益的原則下,對承臺新舊混凝土結合面植筋設計成:新增鋼筋混凝土承臺縱向兩側處與原鋼筋混凝土立柱、承臺結合面各植入4排縱向鋼筋,鋼筋直徑為14mm,一側共38根。新增鋼筋混凝土承臺采用直徑為14mm的鋼筋作為外圍箍筋,箍筋間距100mm;采用直徑為10mm的鋼筋作為內部箍筋,箍筋間距200mm。為提高新舊混凝土結構的整體性,外圍箍筋遇原鋼筋混凝土立柱、承臺應植入(見圖2)。混凝土保護層厚度為40mm。根據文獻[3]第15.2.4條要求,原承臺混凝土強度等級為C25,按A級膠或B級膠進行計算時,應滿足植筋鋼筋間距S1≥5d,植筋鋼筋與混凝土邊緣距離S2≥2.5d。本工程植筋均采用直徑為14mm的鋼筋,則植筋鋼筋間距S1≥5d=70mm,植筋鋼筋與混凝土邊緣距離S2≥2.5d=35mm。考慮到現場空間較狹窄,工期緊張,植筋間距若剛好滿足規范要求,遇到原結構內部的鋼筋干涉時,則無法快速作出調整,必然影響施工進度。故最終設計S1均大于100mm,S2均大于80mm。植筋施工時所選用的膠粘劑,其類型和安全性能指標必須符合文獻[3]第4章的要求。澆注新增的混凝土結構部分前,應先將原混凝土結構表面清理干凈并鑿毛處理,鑿毛深度4~5mm,并涂刷低水灰比的水泥漿類界面劑一道,界面劑厚度0.5~1.5mm。植筋深度按文獻[3]第15章進行計算。因新增鋼筋混凝土承臺部分與原鋼筋混凝土立柱、承臺四面均有連接,故新增承臺按非懸挑構件進行計算,考慮構件受力狀態對承載力影響的系數ybr取1.0。選用耐潮濕型膠粘劑,植筋孔壁潮濕影響系數yw取1.1。使用環境溫度小于60℃,溫度影響系數yT取1.0。防止混凝土劈裂計算系數aspt取1.0,修正系數ψae取1.1。植筋鋼筋的抗拉強度設計值fy=360N/mm2。植筋用膠粘劑的粘結抗剪強度設計值fbd取2.7N/mm2。通過計算可得植筋錨固深度設計值ld=450mm。因規范公式是根據充分利用鋼材強度的計算模式,按照軸向受拉狀態進行計算得到的植筋錨固深度設計值。而承臺中部、頂部的縱向植筋鋼筋以及植筋箍筋,其受力狀態以承受剪力為主。根據已有研究成果,抗剪植筋深度宜為15d左右,故承臺中部、頂部的縱向植筋鋼筋及植筋箍筋的植筋深度可適當減少。最終設計承臺底部縱向鋼筋植筋深度為450mm,承臺中部、頂部的縱向鋼筋和箍筋植筋深度為300mm(見圖2)。

  2.4承臺新舊混凝土結合面承載力復核

国产富二代app下载   2.4.1抗彎承載力復核基本組合下承臺縱向兩側新舊接結合面處,即圖1中1截面彎矩設計值為780kN•m。根據現行鋼筋混凝土結構設計規范、地基基礎設計規范,對其進行抗彎承載力計算,可得該截面需配置縱向鋼筋As=1658mm2。承臺橫向兩側新增混凝土部分底面共通長配置20根直徑為20mm的縱向鋼筋(見圖3),As=6280mm2≥1658mm2,即抗彎承載力已滿足要求,無需靠植筋鋼筋分擔。

  2.4.2抗剪承載力復核荷載基本組合值作用下單根新增基樁承擔荷載約為1200kN,則新舊承臺接觸面共需傳遞2400kN。由于我國現行規范未對采用植筋技術連接的新舊混凝土結合面抗剪承載力如何確定作出相應規定,故此處根據已有研究成果和工程實踐經驗,參考文獻[3]中對錨栓承載力計算的規定和文獻[9]中的植筋法新舊混凝土界面剪切強度實用設計計算公式,分別對新舊混凝土結合面的抗剪承載力進行計算:⑴參靠文獻[3]中對錨栓抗剪承載力計算的規定,按充分利用植筋鋼筋抗剪強度,且偏保守不考慮新舊混凝土結合面的咬合力、摩擦力和化學粘結力進行計算。以原承臺混凝土為基材,植筋于其上的縱向鋼筋,受到新增承臺混凝土豎直向上的支撐力作用。考慮上部原鋼筋混凝土立柱的影響,此時平行于剪力方向的邊距c1很大,混凝土基材的抗剪承載力必定滿足要求,起控制作用的是植筋鋼筋的抗剪承載力。單根植筋鋼筋可承擔剪力約為26kN,則需要植筋鋼筋總數為2400/26=93根。承臺新舊混凝土結合面處共有植筋鋼筋(含縱筋和箍筋)150根,滿足要求。⑵因承臺縱向兩側完全對稱,僅取其中一側進行計算。按文獻[9]公式nn=0.318fc0.1+0.062ρfyfc0.86≤0.2fc,僅考慮距離新增基樁最近的縱向鋼筋植筋結合面,即圖1中1-1截面處新舊結合面進行計算。其中混凝土軸心抗壓強度設計值fc=11.9N/mm2,界面植筋率r=0.38%,植筋鋼筋屈服強度fy=360N/mm2。計算可得新舊混凝土結合面剪切強度設計值nn=1.017N/mm2≤0.2fc。則離新增基樁最近的一側縱向鋼筋植筋結合面抗剪承載力為V=nnA=1556kN≥1200kN,滿足要求。

  2.5承臺整體承載力復核

  根據文獻[3]第5.1.3條,該工程原鋼筋混凝土界面處理及新舊混凝土結合面粘結質量符合規范規定,可按整體截面計算其承載力。

  2.5.1抗彎承載力復核取柱邊截面進行計算,設計彎矩值為2485kN•m。根據現行鋼筋混凝土結構設計規范、地基基礎設計規范,計算可得該截面處需配置底部縱向鋼筋As=5411mm2。承臺橫向兩側新增混凝土部分底面共通長配置20根直徑為20mm的縱向鋼筋,As=6280mm2≥5411mm2,即未考慮原承臺配筋,抗彎承載力已滿足要求。

  2.5.2抗剪承載力復核取柱邊截面進行計算,設計剪力值為2189kN。根據現行鋼筋混凝土結構設計規范、地基基礎設計規范,計算可得截面抗剪承載力為4556.6kN≥2189kN,滿足要求。

  3結語

  本改造工程于2015年竣工驗收后投入使用,結構工作情況良好,滿足使用要求。隨著舊房加固、廠房改造等工程的增加,植筋技術也越來越多地應用于新舊混凝土結合面的連接之中。抗剪承載力作為截面的重要承載能力指標,其計算是設計中需要重點考慮的一個問題。由于國內現行規范并未對其作出相應規定,故在設計計算時可參考現有研究成果和國外相應規范,選擇適合的理論公式,在承載力計算和構造要求的綜合控制下進行植筋設計,并留有適當的富余量,以保證結構安全。

  參考文獻

  [1]宋昭.植筋錨固新老混凝土粘結抗剪性能研究[D].天津:河北工業大學,2017.

国产富二代app下载   [2]邢強.新舊混凝土界面的連接方法及受力性能研究[D].西安:西安科技大學,2012.

国产富二代app下载   [3]混凝土結構加固設計規范:GB50367-2013[S].北京:中國建筑工業出版社,2014.

国产富二代app下载   [4]混凝土結構后錨固技術規程:JGJ145-2013[S].北京:中國建筑工業出版社,2013.

  [5]張雷順,郭進軍.新舊混凝土植筋結合面剪切性能試驗對比[J].工業建筑,2007,37(11):71-73.

  《地基加固改造工程中植筋技術的應用》來源:《廣東土木與建筑》,作者:詹閩研

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聲明:《地基加固改造工程中植筋技術的應用》