本發(fā)明涉及一種建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固方法，具體涉及一種外套圓形鋼管混凝土加固鋼管柱的方法。

背景技術(shù)：

鋼管混凝土能夠充分發(fā)揮鋼管與核心混凝土的優(yōu)點(diǎn)，又可以彌補(bǔ)這兩種材料各自的缺點(diǎn)。具有承載能力高、延性好、耗能好、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段在多層、高層與超高層建筑、大跨度橋梁、大型工業(yè)廠房等結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用，施工方便，縮短工期，降低造價(jià)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效果?，F(xiàn)有的鋼管混凝土是在鋼管內(nèi)澆筑混凝土，形成實(shí)心復(fù)合結(jié)構(gòu)，以加大鋼管的強(qiáng)度和剛度。專利公開號(hào)為CN1538012A的專利“空心鋼管混凝土”中提出了一種利用兩根不等徑的同軸鋼管組合，在內(nèi)外管間隙內(nèi)填充混凝土，形成空心夾層鋼管混凝土柱，達(dá)到保證柱子強(qiáng)度的同時(shí)，增加斷面面積、減輕結(jié)構(gòu)自重的目的，該結(jié)構(gòu)在新建工程中具有良好的應(yīng)用前景，通常是將兩個(gè)長(zhǎng)度相等的的鋼管固定后澆筑混凝土，形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)。但本專利涉及一種建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固方法，該服役結(jié)構(gòu)在加固前可能會(huì)因其不能完全卸載而處于受力狀態(tài)，導(dǎo)致原有構(gòu)件和新加部分之間存在應(yīng)變滯后、新加部分材料利用率降低問題，目前關(guān)于這種結(jié)構(gòu)增強(qiáng)方式還沒有較為深入的受力機(jī)理研究。

近年來，隨著鋼結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)的改進(jìn)和創(chuàng)新，鋼管柱的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。例如在輸電、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中；在工業(yè)廠房、車間等建筑中都大量的使用了鋼管柱，然而在長(zhǎng)期服役過程中，鋼管柱會(huì)出現(xiàn)腐蝕生銹、開裂等問題，尤其是在沿海地區(qū)、工業(yè)區(qū)和酸雨多發(fā)地區(qū)。作為一類重要的支撐結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)性能直接影響到服役或生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟(jì)性。如果整體更換，安裝、運(yùn)輸費(fèi)用較高、尤其是在偏遠(yuǎn)地區(qū)。此外，施工期間需要停止輸電或生產(chǎn)，會(huì)影響正常的生活和生產(chǎn)。

針對(duì)受損的鋼管柱，目前常用的加固方法有增大截面法，外包鋼加固法，外貼FRP加固法。本專利擬將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用到鋼管柱的加固工程中，提出一種外包鋼管混凝土對(duì)受損鋼管柱進(jìn)行局部或整體加固的方法，局部加固時(shí)外套鋼管主要起套箍作用，整體加固時(shí)外套鋼管既可共同承受外力，又能產(chǎn)生套箍作用，為鋼管柱加固方法提供了新的思路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題采用的技術(shù)方案如下：

一種外套圓形鋼管混凝土加固鋼管柱的方法，包括如下步驟：

步驟一、在原有鋼管柱表面打磨除銹；

步驟二、在原有鋼管柱外圍設(shè)置外套圓形鋼管，所述外套圓形鋼管將原有鋼管柱包覆在內(nèi)；

步驟三、在原有鋼管柱和外套圓形鋼管之間澆筑填充料。

所述的填充料為自應(yīng)力自密實(shí)混凝土，該混凝土按重量份計(jì)，由以下配比的組分組成：水泥：水：砂：石=1：0.23~0.33：0.85~1.08:0.92~1.09。

所述的填充料還包括重量份為0.8-2.5%的減水劑。

所述的自應(yīng)力自密實(shí)混凝土，以重量份計(jì)，由以下配比的組分組成：水泥：水：砂：石=1:0.33:0.85:0.97，還包括重量份為0.8%的減水劑。

所述的自應(yīng)力自密實(shí)混凝土，以重量份計(jì)，由以下配比的組分組成：水泥：水：砂：石=1:0.28:0.90:1.01，還包括重量份為1.2%的減水劑。

所述的自應(yīng)力自密實(shí)混凝土，以重量份計(jì)，由以下配比的組分組成：水泥：水：砂：石=1:0.23:1.08:1.09，還包括重量份為2.5%的減水劑。

所述的外套鋼管與原有鋼管柱幾何中心重合，或根據(jù)承載情況進(jìn)行偏心設(shè)置。

所述的鋼管柱的截面形狀為圓形或多邊形結(jié)構(gòu)。

所述的外套圓形鋼管由兩塊半圓形鋼板現(xiàn)場(chǎng)對(duì)縫焊接形成，所述的外套圓形鋼管厚度為3~10mm。

本專利提出一種外套圓形鋼管混凝土加固鋼管柱的方法，利用鋼管混凝土的優(yōu)點(diǎn)，來解決銹蝕、開裂等老舊受損鋼管柱存在的安全隱患問題，以及鋼管柱整體更換成本高的問題；同時(shí)內(nèi)部中空鋼管柱仍可以鋪設(shè)電線，管道等，不影響正常使用，具體優(yōu)點(diǎn)如下：

1.用本方法加固的鋼管柱與整體更換相比，既可減少自然資源和社會(huì)資源的浪費(fèi)，又能提高承載力和變形能力，延長(zhǎng)其服役壽命，具有工期短、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。

2.該加固方法的思路在于將增大截面加固法中的縱筋與箍筋用量轉(zhuǎn)化為外套鋼管，利用外套鋼管，在不增加用鋼量的前提下，以達(dá)到對(duì)原有的鋼管柱良好的套箍作用，提高其承載力與延性。

3. 外套鋼管加固結(jié)構(gòu)相對(duì)其他加固方法可適度減小截面面積，減輕自重，節(jié)約工程造價(jià)。

4.創(chuàng)造性的將自應(yīng)力混凝土、自密實(shí)混凝土的技術(shù)相結(jié)合，得到一種自應(yīng)力自密實(shí)新型混凝土，使這種新型高性能混凝土具有良好的流動(dòng)性、穩(wěn)定性、均勻性和密實(shí)度，并將其引入到鋼管混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中用于工程加固。

5.外套鋼管可作為澆筑填充料的模板，操作簡(jiǎn)單、施工方便，縮短工期，降低工程成本，且加固可靠性高。

6.該組合加固結(jié)構(gòu)屬于一種新型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，其綜合了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與增大截面加固法二者的優(yōu)勢(shì)，能夠大幅提高原有鋼管柱的承載力與延性，相比現(xiàn)有加固方法具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

7.相關(guān)資料表明，采用加固、改造結(jié)構(gòu)與新建結(jié)構(gòu)相比，可節(jié)約40%的投資額，縮短約50%的工期，加固的投資回收速度也是新建結(jié)構(gòu)的3-4倍，經(jīng)濟(jì)效益顯著，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固修復(fù)，可以避免自然資源和社會(huì)資源的浪費(fèi)，具有很高的社會(huì)效益。

8.本專利中外套鋼管采用圓形鋼管結(jié)構(gòu)，對(duì)混凝土的約束效果好，其軸壓性能和抗震性能更好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鋼管柱加固部位截面結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1-外套圓形鋼管，2-鋼管柱，3-填充料。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明，一種外套圓形鋼管混凝土加固鋼管柱的方法，包括如下步驟：

步驟一、在原有鋼管柱2表面打磨除銹；

步驟二、在原有鋼管柱外圍設(shè)置外套圓形鋼管1，所述外套圓形鋼管1將原有鋼管柱2包覆在內(nèi)；

步驟三、在原有鋼管柱2和外套圓形鋼管1之間澆筑填充料3。

填充料3為自應(yīng)力自密實(shí)混凝土，外套鋼管能夠?qū)υ摴苤峁┝己玫募s束是本專利加固方法成功的關(guān)鍵，而內(nèi)外鋼管間隙內(nèi)填混凝土的澆筑質(zhì)量則直接影響鋼管的約束作用，如采用普通混凝土或無機(jī)灌漿料，會(huì)導(dǎo)致后澆填充料振搗困難，施工質(zhì)量得不到保證，且填充料收縮會(huì)在填充料與鋼管之間產(chǎn)生間隙，導(dǎo)致難以發(fā)揮外套鋼管的約束作用，并弱化填充料對(duì)外套鋼管的支撐作用，帶來嚴(yán)重的安全隱患。

自密實(shí)混凝土具有良好的工作性能，在不振搗的情況下便能密實(shí)填充在各種結(jié)構(gòu)中，可減小混凝土作業(yè)強(qiáng)度，避免振搗引起的噪音污染，簡(jiǎn)化施工程序。自應(yīng)力混凝土的主要作用在于承受荷載，通過自身的化學(xué)能并在適當(dāng)?shù)募s束條件下可使混凝土形成自應(yīng)力，提高彈性模量、粘結(jié)力、抗沖模量以及抗疲勞性能等力學(xué)性能，并可以使混凝土更加有效的承受荷載、節(jié)約材料、減輕自重。自應(yīng)力自密實(shí)混凝土可以發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢(shì)，由于密實(shí)度的增加，混凝土的抗?jié)B、抗凍和耐腐蝕性能都得到增加。

本專利中自應(yīng)力自密實(shí)混凝土，按重量份計(jì)，由以下配比的組分組成：水泥：水：砂：石=1：0.23~0.33：0.85~1.08:0.92~1.09，其中還包括重量份為0.8-2.5%的減水劑。

實(shí)施例1

自應(yīng)力自密實(shí)混凝土，以重量份計(jì)，由以下配比的組分組成：水泥：水：砂：石=1:0.33:0.85:0.97，還包括重量份為0.8%的減水劑。

實(shí)施例2

自應(yīng)力自密實(shí)混凝土，以重量份計(jì)，由以下配比的組分組成：水泥：水：砂：石=1:0.28:0.90:1.01，還包括重量份為1.2%的減水劑。

實(shí)施例3

自應(yīng)力自密實(shí)混凝土，以重量份計(jì)，由以下配比的組分組成：水泥：水：砂：石=1:0.23:1.08:1.09，還包括重量份為2.5%的減水劑。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，本專利中配制的自應(yīng)力自密實(shí)混凝土流動(dòng)性良好，擴(kuò)展度均在645-655mm范圍內(nèi)，隨著上述三組實(shí)施例配方中水灰比的降低，混凝土漿體粘稠度增大，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的150×150×150mm試樣塊，立方體抗壓強(qiáng)度增加，依次為45MPa，54MPa，61MPa。

外套圓形鋼管由兩塊半圓形鋼板現(xiàn)場(chǎng)對(duì)縫焊接形成，所述的外套圓形鋼管厚度為3~10mm。

GB50936-2014中規(guī)定，空心鋼管混凝土（即外鋼管內(nèi)包含一層空心混凝土，內(nèi)部不設(shè)鋼管的結(jié)構(gòu)）的壁厚不宜小于3mm。本課題組經(jīng)過試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)壁厚為2.5mm的焊接鋼管會(huì)出現(xiàn)裂縫崩開現(xiàn)象，不能繼續(xù)約束內(nèi)部核心混凝土。因此本專利的外套圓形鋼管1最小厚度設(shè)為3mm。

相關(guān)文獻(xiàn)表明，實(shí)際工程中應(yīng)用的鋼管混凝土柱，大多是采用壁厚小于10mm的鋼管，壁厚>10 mm的應(yīng)用較少，極少數(shù)案例用到>20mm壁厚的鋼管。在加固鋼管柱時(shí)，新增截面尺寸則很小，只有100-200mm?？紤]到新增鋼材面積和新增混凝土面積的匹配，外套鋼管壁厚可能不會(huì)很大，甚至出現(xiàn)比內(nèi)部鋼管壁更薄的情況。因此，本專利采用壁厚為3-10mm的外套圓形鋼管，既滿足規(guī)范要求，又減小鋼材的用量，比較經(jīng)濟(jì)。

本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于上述的實(shí)施例，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明的意圖也包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。